(57)【要約】      （修正有）【課題】スケールと少なくとも１つの測定方向に沿ってこのスケールに対して相対可動に配置されている走査装置とから成る絶対位置を測定するためのエンコーダを提供する。【解決手段】スケールが、走査可能な信号パターンを生成するために、測定方向に沿ってスケール長手方向周期で配置された複数のストリップ要素から成るラスタを含む１つの測定目盛を有し、ストリップ要素が、測定方向に対して直角に指向されている縦方向に沿って絶対位置をコード化するためにスケール縦方向に周期を有するパターンを備える。走査装置が、複数の検出要素を有する複数の検出器列部分から成る複数の検出要素を有する２次元検出装置を含み、検出要素が、測定方向に沿って周期的に配置され、検出要素が、縦方向に沿って周期的に配置され、測定方向に沿った相対移動による周期的なインクリメンタル信号と、検出器列ごとの絶対位置信号が、信号パターンの走査から生成可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのスケール（１０；１１０；２１０；３１０）と少なくとも１つの測定方向（ｘ）に沿って前記スケール（１０；１１０；２１０；３１０）に対して相対可動に配置されている１つの走査装置（２０；１２０；２２０；３２０）とから成る絶対位置を測定するためのエンコーダにおいて、
−前記スケール（１０；１１０；２１０；３１０）が、走査可能な信号パターン（Ｓ）を生成するために、前記測定方向（ｘ）に沿ってスケール長手方向周期（Ｍｘ）で配置された複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）から成るラスタを含む１つの測定目盛（１２；１２′；１１２；２１２；３１２；３１２′；４１２；５１２）を有し、これらのストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）が、前記測定方向（ｘ）に対して直角に指向されている縦方向（ｙ）に沿って絶対位置をコード化するためにスケール縦方向周期（Ｍｙ）を有する周期的なパターンを備え、
−前記走査装置（２０；１２０；２２０；３２０）が、前記信号パターン（Ｓ）を走査するために、それぞれ複数の検出要素（２４；４２４；５２４）を有する複数の検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）から成る複数の検出要素（２４；４２４；５２４）を有する１つの２次元の検出装置（２３；１２３；２２３；４２３；５２３）を含み、前記複数の検出器列部分が、前記測定方向（ｘ）に沿って周期的に配置されていて、前記複数の検出要素（２４；４２４；５２４）が、縦方向（ｙ）に沿って周期的に配置されている結果、前記測定方向（ｘ）に沿った相対移動に対して移相されている周期的な少なくとも３つの部分インクリメンタル信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．）と、検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）ごとに少なくとも１つの絶対位置信号（φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．）とが、前記信号パターンの走査から生成可能である当該エンコーダ。
【請求項２】
前記複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）内の前記周期的なパターンが、スケール縦方向周期（Ｍｙ）で周期的に配置された複数のパターン要素（１４；１４′；１４．１，１４．２；１１４；３１４；４１４．１，４１４．２；５１４．１，５１４．２）から成り、縦方向（ｙ）のこれらのパターン要素（１４；１４′；１４．１，１４．２；１１４；３１４；４１４．１，４１４．２；５１４．１，５１４．２）の寸法が、前記測定方向（ｘ）に沿って変化する請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
これらのパターン要素（１４；１４′；１４．１，１４．２；１１４；３１４；４１４．１，４１４．２；５１４．１，５１４．２）の位相位置が、複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）の絶対位置のコード化のために使用される請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記スケール縦方向周期（Ｍｙ）が、前記複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）の絶対位置のコード化のために使用される請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項５】
それぞれ少なくとも２つの異なるコード値が、複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）内の前記絶対位置のコード化によって生成可能であり、測定領域内の１つの位置を絶対コード化する１つのコードシーケンスが、複数のコード値によって形成されている請求項３又は４に記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記複数のパターン要素（１４；１４′；１４．１，１４．２；１１４；３１４）は、菱形に形成され得るか又は少なくともほぼ余弦状の境界輪郭を有する請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記スケール（１０；１１０；２１０；３１０）は、縦方向（ｙ）に複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）に隣接し、測定方向（ｘ）に延在する高分解能のインクリメンタル目盛を有する追加の少なくとも１つの測定目盛トラック（３１２．１，３１２．２）を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項８】
Ｎ個の周期的な移相されている部分インクリメンタル信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．）を生成するため、それぞれのストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）が、前記測定方向（ｘ）に沿って少なくともＮ個の検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）にわたって走査され、Ｎ≧３が選択されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項９】
周期的で移相されている前記複数の部分インクリメンタル信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．）がそれぞれ、それぞれの検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）の検出要素の個別信号（ａ１１，ｂ１１，．．．）の加算から発生する請求項８に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
周期的で移相されている前記複数の部分インクリメンタル信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．）がそれぞれ、検出要素の個別信号（ａ１１，ｂ１１，．．．）の位置に依存する散乱の測定から発生する請求項８に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
少なくとも１つの絶対位置信号（φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．）を生成するため、縦軸方向（ｙ）でそれぞれのパターン要素（１４；１４′；１４．１，１４．２；１１４；３１４；４１４．１，４１４．２；５１４．１，５１４．２）が、前記検出装置（２３；１２３；２２３；４２３；５２３）の少なくともＭ列の検出要素（２４；４２４；５２４）にわたって走査され、Ｍ≧２が選択されている請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）ごとの少なくとも１つの絶対位置信号（φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．）が、検出要素の加算信号（Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，ＢＡ１０，．．．）の演算処理から発生し、これらの検出要素の加算信号はそれぞれ、１つの検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）のそれぞれＭ番目の検出要素（２４；４２４；５２４）の相互接続から生成されている請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
−周期的で移相されている複数の部分インクリメンタル信号（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．）から１つのインクリメンタル位置（ｘＩＮＣ）を測定するように、及び
−走査された複数のストリップ要素（１３；１３′；１１３；３１３；４１３；５１３）のグループに対して、それぞれ１つの検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）を選択し、それらの選択された検出器列部分（２５．１−２５．８；４２４；５２５）の絶対位置信号（φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．）と記憶されたデコードテーブルとから、１つの粗い絶対位置（ｘＡＢＳ，Ｇ）を測定するように、及び
−前記インクリメンタル位置（ｘＩＮＣ）と前記粗い絶対位置（ｘＡＢＳ，Ｇ）とを１つの高い分解能の絶対位置（ｘＡＢＳ）に演算処理するように、信号処理装置が調整され構成されている請求項８及び１１に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
前記絶対位置信号（φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．）から、縦軸方向（ｙ）の走査装置（２０；１２０；２２０；３２０）とスケール（１０；１１０；２１０；３１０）との移動に関する情報及び／又は測定目盛面上に直角に直立している回転軸を中心にした走査装置（２０；１２０；２２０；３２０）とスケール（１０；１１０；２１０；３１０）との回転に関する情報を取得するように、前記信号処理装置がさらに調整され構成されている請求項１３に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記走査装置（２０；１２０；２２０；３２０）は、光源（２１；１２１；２２１；３２１）をさらに有し、複数の検出要素が、光電式の検出要素（２４）として構成されていて、スケール（１０；１１０；２１０；３１０）上の測定目盛（１２；１２′；１１２；２１２；３１２；３１２）が、光学式の振幅回折格子として又は光学式の移相から格子として構成されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度の絶対位置測定に適するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶対位置を測定するため、エンコーダの様々なバリエーションが知られている。したがって、一方では、異なる複数の測定目盛を有する平行に配置された複数のトラック、例えば絶対コードの測定目盛を有する１つのトラック及びインクリメンタル測定目盛を有する１つ又は複数の別のトラックを、走査されるスケールの側面上に有するシステムが存在する。正確な絶対位置が、当該走査時に得られる粗い分解能の絶対位置情報と、高い分解能のインクリメンタル情報とを演算処理することによって測定し得る。
【０００３】
このような複数のトラックのシステムに対する例は、欧州特許出願公開第２１８２３３０号明細書に記載されている。この明細書は、エンコーダのスケールがインクリメンタル信号を生成するために測定方向に沿って周期的なパターンを成す１つの第１トラックを有するエンコーダを開示する。絶対値コードを有する第２トラックが、当該測定方向に対して直角に移動するように配置されている。当該スケールを走査するため、周期的なパターンと絶対位置コードとに対する独立したセンサ装置又は検出装置が、走査装置側に設けられている。この場合、これらは、詳しく説明しない。一方では、当該測定方向に対するスケール及び走査装置の相対移動時の僅かな許容誤差が、このシステムの欠点である。他方では、測定目盛面に対して直角な軸を中心としたスケール及び走査装置の場合によっては起こり得る相対回転に対する僅かな許容誤差が存在する。
【０００４】
このような複数のトラックのシステムの他に、さらに、スケール上に１つの測定目盛を有するただ１つのトラックを備えるエンコーダがある。絶対位置情報とインクリメンタル情報との双方が、この測定目盛の走査から取得され得る。以下でシングルトラックシステムとも呼ばれるこれらのエンコーダは、マルチトラックシステムに比べて、よりコンパクトな構造とより大きい構造許容誤差及び動作許容誤差とに関する利点を有する。この場合、このようなシングルトラックシステムは、リニア式及び回転式の双方の測定用に存在する。さらに、対応するシステムは、様々な走査原理に関連して、すなわち光学式、磁気式、電磁誘導式及び静電容量式に対して公知である。
【０００５】
このようなシングルトラックシステムに対する例は、例えば、米国特許第８６９８８９２号明細書から公知の装置である。この明細書の図４に示された実施の形態のスケールは、測定方向に沿った周期的に配置された複数のパターン要素を有する。絶対位置情報が、パターン要素を形成することによって当該測定方向に対して直角にコード化される。カメラが、測定目盛を走査するために設けられている。特に、このシステムの当該測定方向に対する僅かな移動許容誤差と必要な面倒な画像処理とが、このシステムの欠点として挙げることができる。
【０００６】
さらに、別のシングルトラックシステムが、独国特許出願公開第１０２０１００４５３５５号明細書から公知である。このシングルトラックシステムは、スケール側に反射性又は透過性の回折格子配置を有する光学式に走査可能なコードトラックを有する。当該回折格子配置は、異なって形成された複数の回折格子領域を有する。これらの回折格子領域は、走査線に沿って連続して配置されていて、少なくとも１つの回折格子特性によって識別される。したがって、専ら比較的粗い分解能の絶対位置測定が可能であることが、この装置の欠点である。さらに、走査領域が非常に小さいので、当該走査は、汚れに非常に弱い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１８２３３０号明細書
【特許文献２】米国特許第８６９８８９２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１００４５３５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、大きい構造許容誤差及び動作許容誤差を有し、汚れに非常に鈍感で可能な限りノイズのない信号生成が保証される、絶対位置を高分解能に測定するためのエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有するエンコーダによって解決される。
【００１０】
本発明のエンコーダの好適な実施の形態は、従属請求項に記載されている対策から得られる。
【００１１】
絶対位置を測定するための本発明のエンコーダは、１つのスケールと、少なくとも１つの測定方向に沿って相対可動に配置されている１つの走査装置とから成る。当該スケールは、走査可能な信号パターンを生成するために１つの測定目盛を有する。この測定目盛は、測定方向に沿ってスケール長手方向周期で配置された複数のストリップ要素から成る回折格子（ラスタ）を含む。当該複数のストリップ要素は、当該測定方向に対して垂直に指向されている縦方向に沿って絶対位置をコード化するために、スケール縦方向周期を有する周期パターンを備える。当該信号パターンを走査するため、当該走査装置が、それぞれ複数の検出要素を有する複数の検出器列部分から成る複数の検出要素を有する２次元の検出装置を含む。当該測定方向に沿った当該複数の検出器列部分と当該縦方向に沿った当該複数の検出要素とがそれぞれ周期的に配置されている。したがって、当該測定方向に沿った相対移動に対して移相されている周期的な少なくとも３つの部分インクリメンタル信号と、検出器列部分ごとに少なくとも１つの絶対位置信号とが、当該信号パターンの走査から生成可能である。
【００１２】
特に、当該複数のストリップ要素内の周期パターンは、スケール縦方向周期で周期的に配置された複数のパターン要素から成る。この場合、縦方向のこれらのパターン要素の寸法が、当該測定方向に沿って変化する。
【００１３】
この場合、これらのパターン要素の位相位置が、複数のストリップ要素の絶対位置のコード化のために使用される。
【００１４】
スケール縦方向周期を当該複数のストリップ要素の絶対位置のコード化のために使用することも可能である。
【００１５】
この場合、それぞれ少なくとも２つの異なるコード値が、複数のストリップ要素内の絶対位置のコード化によって生成可能であり、測定領域内の１つの位置を絶対コード化する１つのコードシーケンスが、複数のコード値によって形成されていることがそれぞれ提唱され得る。
【００１６】
これらのパターン要素は、菱形に形成され得るか又は少なくともほぼ余弦状の境界輪郭を有し得る。
【００１７】
スケールが、縦方向に複数のストリップ要素に隣接し、測定方向に延在する高分解能のインクリメンタル目盛を有する追加の少なくとも１つの測定目盛トラックを備えることがさらに可能である。
【００１８】
特に、Ｎ個の周期的な移相されている部分インクリメンタル信号を生成するため、それぞれのストリップ要素が、測定方向に沿って少なくともＮ個の検出器列部分にわたって走査される。この場合、Ｎ≧３が選択されている。
【００１９】
この場合、周期的で移相されている複数の部分インクリメンタル信号がそれぞれ、それぞれの検出器列部分の検出要素の個別信号の加算から発生することが可能である。
【００２０】
周期的で移相されている複数の部分インクリメンタル信号がそれぞれ、検出要素の個別信号の位置に依存する散乱の測定から発生することも提唱され得る。
【００２１】
好適な実施の形態では、少なくとも１つの絶対位置信号を生成するため、縦軸方向のそれぞれのパターン要素が、検出装置の少なくともＭ列の検出要素によって走査される。この場合、Ｍ≧２が選択されている。
【００２２】
この場合、検出器列部分ごとの少なくとも１つの絶対位置信号が、検出要素の加算信号の演算処理から発生することが提唱され得る。これらの検出要素の加算信号はそれぞれ、１つの検出器列部分のそれぞれＭ番目の検出要素の相互接続から生成されている。
−周期的で移相されている複数の部分インクリメンタル信号から１つのインクリメンタル位置を測定するように、及び
−走査された複数のストリップ要素のグループに対して、それぞれ１つの検出器列部分を選択し、それらの選択された検出器列部分の絶対位置信号と記憶されたデコードテーブルとから、１つの粗い絶対位置を測定するように、及び
−当該インクリメンタル位置と当該粗い絶対位置とを１つの高い分解能の絶対位置に演算処理するように、信号処理装置が有益に調整され構成されている。
【００２３】
この場合、当該絶対位置信号から、縦軸方向の走査装置とスケールとの移動に関する情報及び／又は測定目盛面上に直角に直立している回転軸を中心にした走査装置とスケールとの回転に関する情報を取得するように、当該信号処理装置がさらに調整され構成され得る。
【００２４】
可能な実施の形態では、走査装置が光源をさらに有し、複数の検出要素が、光電式の検出要素として構成されていて、スケール上の測定目盛が、光学式の振幅回折格子として又は光学式の移相から格子として構成されている。
【００２５】
本発明のエンコーダは、様々な走査原理に関連して使用され得る。光学式の走査の他に、磁気式、電磁誘導式又は静電容量式の走査を設けることも可能である。また、本発明のエンコーダは、リニア式の相対移動を検出するためにも、回転式の相対移動を検出するためにも使用され得る。
【００２６】
さらに、本発明のエンコーダの場合、当該エンコーダによって達成可能な粗い構造許容誤差及び動作許容誤差が、有益であると実証されている。したがって、回転式のシステムの場合の温度変動、偏心誤差のような位置測定に対する悪影響又は最適に位置決めされなかった走査構成要素が補償され得る。さらに、最初に対象とした位置情報の他に、走査装置とスケールとの相対位置に関する追加の情報、例えば、回転する場合にスケールとして機能する目盛板の場合によっては起こり得る偏心に関する情報を取得することが可能である。
【００２７】
さらに、周期的なインクリメンタル信号のノイズが非常に小さいことが、絶対位置のコード化によって保証されている。これにより、当該インクリメンタル信号が、高精度に補間され得る。これにより、位置測定時の高い分解能が可能である。
【００２８】
提唱されている測定方向の周期的なラスタと、これに対して直角の方向に設けられている絶対位置のコードとの双方を１つの領域で走査することは、スケールに対する高い鈍感性又はロバスト性を保証する。
【００２９】
本発明のさらなる詳細及び利点を以下の本発明の装置の実施の形態に基づいて図面と関連させて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のエンコーダの第１の実施の形態の走査ビーム路を示す。
【図２】図１による装置のスケールの一部の正面図である。
【図３ａ】図１による装置の検出器の一部の正面図である。
【図３ｂ】図３ａによる検出器を使用した信号処理に対するブロック図である。
【図４ａ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図４ｂ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図４ｃ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図４ｄ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図４ｅ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図４ｆ】第１の実施の形態における信号処理を詳しく説明するためのそれぞれ異なる図である。
【図５】図１による第１の実施の形態で使用し得る別のスケールのバリエーションの一部の正面図である。
【図６】本発明のエンコーダの第２の実施の形態の走査ビーム路を示す。
【図７】図６による装置のスケールの一部の正面図である。
【図８ａ】スケールと走査装置との相対位置に関する追加の情報の可能な生成に対する図である。
【図８ｂ】スケールと走査装置との相対位置に関する追加の情報の可能な生成に対する図である。
【図９】本発明のエンコーダの第３の実施の形態の走査ビーム路を示す。
【図１０】本発明のエンコーダの第４の実施の形態の走査ビーム路を示す。
【図１１】図１０による装置のスケールの一部の正面図である。
【図１２】図１０による装置のための適切なスケールの別のバリエーションの正面図である。
【図１３】磁気走査部によって形成された本発明のエンコーダの第５の実施の形態のスケールの一部の正面図である。
【図１４】図１３によるスケールを走査するための検出器の一部の正面図である。
【図１５】電磁誘導走査部によって形成された本発明のエンコーダの第６の実施の形態のスケールの一部の正面図である。
【図１６】図１５によるスケールを走査するための検出器の一部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、光学式エンコーダとして構成された絶対位置を測定するための本発明のエンコーダの第１の実施の形態を、図１，２，３ａ，３ｂ及び４ａ〜４ｆに基づいて説明する。この場合、図１は、走査ビームを概略的に示し、図２は、スケール上の測定目盛の一部の正面図であり、図３ａは、検出器の一部の正面図である。可能な信号処理を図３ｂ及び４ａ〜４ｆによって説明する。
【００３２】
本発明のエンコーダの第１の実施の形態は、直線の測定方向ｘに沿って絶対位置を測定するために使用される。スケール１０と走査装置２０とが、所定の測定区間内で互いに相対的に可動に測定方向ｘに沿って配置されている。この場合、例えば、スケール１０が不動に配置され、走査装置２０が可動に配置され得る。同様に、反対の配置も可能である。スケール１０及び走査装置２０は、図面に示さなかった相対可動に配置されている複数の物体に接合されている。これらの物体は、例えば、測定方向ｘに沿って所定の測定領域内で相対移動可能である複数の機械要素である。位置に依存する複数の信号が、測定方向ｘに沿った相対移動に対する、移相した周期的な少なくとも３つの部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．．．として及び１つ又は複数の絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．として本発明のエンコーダによって生成される。当該生成された複数の信号は、１つの絶対位置にｘＡＢＳに演算処理され得る。これにより、例えば、当該測定区間に沿った走査装置２０の実際の位置が、高精度に提供され得る。次いで、こうして生成された１つの絶対位置に関する情報は、同様に図示しなかった後続の電子機器によって、例えば当該複数の機械要素を位置決めするための機械制御装置によってさらに処理され得る。
【００３３】
本発明のエンコーダにおける当該信号の演算処理の代わりに、当該生成された位置に依存する信号を当該後続の電子機器に伝送し、そこで絶対位置ｘＡＢＳに演算処理することも当然に可能である。
【００３４】
本発明のエンコーダの第１の実施の形態では、スケール１０を透光式に走査する方式の光学走査原理が、信号を生成するために設けられている。このスケール１０は、測定目盛１２が配置されている透過性のキャリア本体１１から成る。この測定目盛１２は、光学式の振幅回折格子として形成されていて、交互に配置された複数の光透過性の回折格子領域と複数の光非透過性の回折格子領域とを有する。当該使用される測定目盛１２を詳しく記載するため、以下で特に図２を示す。１つの光源２１と、ビーム拡散方向にこの光源２１の前方に配置された１つのコリメーション光学素子２２とが、スケール１０の片側の走査装置２０内に配置されている。複数の検出器列部分内に配置された複数の光電検出素子を有する２次元の検出器２３が、このスケール１０の反対側の走査装置２０内に配置されている。以下で、特に図３ａに基づいて検出器２３を詳しく説明する。さらに、信号処理装置２６が、図１に概略的に示されている。この信号処理装置２６は、主に走査装置２０内に配置されていて、検出器２３によって生成される位置に依存する異なる信号を絶対位置ｘＡＢＳに処理又は演算処理することを請け負う。以下で、当該信号処理を詳しく記載する。
【００３５】
本発明のエンコーダの第１の実施の形態の測定目盛１２の一部の平面が、図２に示されている。走査可能な信号パターンを検出器２３の検出面内に生成するため、測定目盛１２は、測定方向ｘに沿って、周期的に配置された複数のストリップ要素から成る回折格子（ラスター）を有する。以下では、これらのストリップ要素の周期をスケール長手方向周期Ｍｘと呼ぶ。
【００３６】
測定目盛１２内の個々のストリップ要素１３の縦方向が、測定方向Ｘに対して垂直に指向されていて、以下で縦方向ｙと呼ばれる方向ｙに沿って延在する。これらのストリップ要素１３は、縦方向ｙに沿って１つの絶対位置コードを有する。この絶対位置コードは、周期パターンによって形成され、縦方向ｙに沿って配置された周期的な複数のパターン要素１４から成る。以下では、縦方向ｙに沿ったパターン要素１４の周期をスケール縦方向周期Ｍｙと呼ぶ。１つのストリップ要素１３のそれぞれの絶対位置コードを使用することで、所定のコード値、例えば０又は１が、対応するストリップ要素１３に割り当てられ得る。こうして、測定領域内の１つの位置を絶対コード化する１つのコードシーケンスが、連続する複数のコード値によって形成される。
【００３７】
図２に明るく示された複数のパターン要素１４は、光透過性に形成されていて、測定スケール１２の暗く示された複数の領域は、光非透過性に形成されている。これらのパターン要素１４の寸法が、測定方向Ｘに沿って縦方向ｙに変化する。この場合、当該図示された実施の形態では、これらのパターン要素１４の縦方向の寸法がそれぞれ、当該それぞれのストリップ要素１３の左限界部から当該ストリップ要素１３の中心まで増大し、当該それぞれのストリップ要素１３の右限界部まで再び減少する。具体的には、図２の領域内のこれらのパターン要素１４は、菱形に形成されている。この場合、これらの菱形の角がそれぞれ、ｘ方向と縦方向ｙとに指向されている。したがって、この例では、縦方向ｙの菱形のパターン要素１４の寸法は、０とスケール縦方向周期Ｍｙとの間で１００％まで変化する。同じことが、測定方向Ｘのパターン要素１４の寸法に対しても成立する。すなわち、測定方向Ｘの寸法が、０とスケール長手方向周期Ｍｘとの間で１００％まで変化する。当然に、別の実施の形態では、縦方向ｙ及び／又は測定方向Ｘの寸法の変化がより僅かでもよい。この場合、基本的に、寸法の変化は、好ましくは１０％よりも大きい。
【００３８】
以下でさらに説明する検出器に関連して、測定方向Ｘの沿ったスケール１０と走査装置２０との相対位置に対する周期的な少なくとも３つの部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１が、こうして形成された測定目盛１２又はこれによって生成可能な信号パターンの走査から生成され得る。さらに、検出器列部分ごとの少なくとも１つの絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．が、縦方向ｙの信号パターン走査から取得され得る。次いで、検出器列部分ごとの当該複数の部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．．．．と、当該少なくとも１つの絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉとが、高分解能の１つの絶対位置ｘＡＢＳに演算処理される。
【００３９】
当該図示された実施の形態では、既に上述した絶対位置ｘＡＢＳのコード化が、縦方向ｙに沿った複数のストリップ要素１３の縦方向の移動によって実行される。これらのストリップ要素１３が周期的に配置されているので、このことは、相シフトに相当する。このことは、所定の１つのコード値がこれらのストリップ要素１３の所定の相対移動に割り当てられ得ることを意味する。この場合、２つのコード値の一義的な割り当てが、これらのストリップ要素１３の相位置によって少なくとも実行される。この場合、例えば、測定方向ｘに延在する擬似ランダムコード（ＰＲＣ）のコード値０，１が割り当てられる。この場合、１つのコード値０又は１つのコード値１が、測定目盛１２内のそれぞれのストリップ要素１３に割り当てられている。このとき、測定方向ｘに連続する複数のストリップ要素１３のこのような複数のコード値が、特定領域内の１つの位置を絶対コード化するコードシーケンス又はコード語を構成する。当該絶対位置を当該コードシーケンスからデコードし算定するため、記憶装置内に記憶されたデコードテーブル（ルックアップテーブル）が使用される。このデコードテーブル（ルックアップテーブル）では、所定の１つの絶対位置ｘＡＢＳが、それぞれのコードシーケンスに一義的に割り当てられている。
【００４０】
基本的に、本発明は、ただ２つのコード語を有するコードの使用に限定されない。必要に応じて、２つよりも多いこのようなコード値が、複数のストリップ要素１３内の複数のパターン要素１４の適切に選択された相位置によって生成され得る。これにより、絶対位置を算定するための適切な１つのコードの選択に関連して、大きい柔軟性が得られる。例えば、図２の実施の形態において具体的に提唱されているように、異なる３つのコード値を複数のパターン要素１４の適切に選択された複数の相位置から生成することも可能である。当該相位置では、例えば、コード値０が、左から１番目のストリップ要素１３に割り当てられ、同様に左から３番目のストリップ要素１３と第４のストリップ要素１３とに割り当てられ得る。これらのストリップ要素１３では、複数のパターン要素１４がそれぞれ、縦方向ｙに沿って第１のストリップ要素１３に対する相対相シフトなしに配置されている。コード値１が、これらのストリップ要素１３のそれぞれのストリップ要素１３の複数のパターン要素１４に対して縦方向ｙにずらして配置された複数のパターン要素１４を有する左から２番目のストリップ要素１３に割り当てられ、再度別の分量だけ縦方向にずらしたコード値２のパターン要素１４を有する左から５番目のストリップ要素１３に割り当てられ得る。
【００４１】
本発明のエンコーダの第１の実施の形態では、上述したように形成された測定目盛１２が、スケール１０上でコリメート光によって照射される。これにより、投影的な測定目盛パターンが、走査可能な信号パターンＳとして、スケール１０の反対側の走査装置２０内に存在する検出器２３の検出面内に投影又は伝送される。検出器２３内の検出面の一部の平面が、図３に示されている。また、この図の右半分には、当該測定目盛の２つのパターン要素の投影輪郭を成す伝送された信号パターンＳの一部が示されている。当該測定目盛パターンのコリメートされた照射及び投影による当該実施の形態では、当該検出面内の信号パターンＳが、測定方向ｘに沿って周期Ｍｘを有する。この周期Ｍｘは、スケール長手方向周期Ｍｘ又は測定目盛１２の１つのストリップ要素１３の幅に相当する。これと同様に、スケール縦方向周期Ｍｙ又は測定目盛１２の複数のパターン要素１４の縦方向寸法に相当する信号パターンＳの１つの周期Ｍｙが、縦方向ｙに沿って発生する。
【００４２】
図３ａから分かるように、検出器２３は、２次元の検出器又は検出器マトリクスとして形成されている。当該検出器２３は、ここでは複数の光電検出素子２４、例えば適切な複数の検出素子として機能するフォトダイオードから成る。当該個々の検出素子２４は、検出器２３の全体において同一に形成されていて、この実施の形態ではそれぞれ１つの長方形を成す。当該長方形の長手方向軸が、測定方向ｘに対して平行に延在し、当該長方形の縦軸が、縦方向ｙに対して平行に延在する。これらの検出素子２４は、図面及び以下の記載において検出素子の個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．として示される信号を当該信号パターンの走査から提供する。検出素子の同相の個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．を１つのスリット内の信号パターンＳの走査から提供するこれらの検出素子２４はそれぞれ、図３ａでは同一に示されている。当該図示された例では、縦方向の４番目ごとの検出素子２４が、同相の信号を提供するので、これに関しては、縦方向ｙの４相走査とも呼ばれる。
【００４３】
本発明の装置の検出器２３は、測定方向ｘに沿って周期的に配置された複数の検出器列部分２５．１−２５．８を有する。それぞれ複数の検出素子２４が、これらの検出器列部分２５．１−２５．８内に配置されている。この場合、図３ａは、それぞれの検出器列部分内に配置された８つの検出素子２４を有する８つの当該検出器列部分２５．１−２５．８だけを示す。実際には、対応する検出器２３が、明らかにより多い検出器列部分２５．１−２５．８を有してもよい。当然に、８つよりも多い検出素子２４が、検出器列部分２５．１−２５．８ごとに設けられてもよい。
【００４４】
図３ａでは、測定方向ｘに沿った検出器２３内の検出器列部分２５．１−２５．８の周期が、Ｄｘによって示される。これに関しては、以下では、検出器長手方向周期Ｄｘと呼ばれる。個々の検出器列部分２５．１−２５．８内には、個々の検出素子２４が、縦方向ｙに沿って周期的に、すなわち検出器縦方向周期Ｄｙで配置されている。
【００４５】
図３ａからさらに分かるように、完全な検出器２３が、測定方向ｘと縦方向ｙとに沿った長方形の検出素子セルの隣接した複数配置から得られる。当該図示された例では、図３ａにおいて認識可能であるように、投影透過光走査によって、１つの検出素子セルＤＥが、信号パターンＳ内の測定目盛の１つのパターン要素の投影輪郭を完全に走査するために適する寸法を有する。したがって、１つの検出素子セルＤＥが、測定方向ｘに沿ってスケール長手方向周期Ｍｘに相当する長さを有し、この検出素子セルＤＥは、縦方向ｙに沿ってスケール縦方向周期Ｍｙに相当する長さを有する。図３ａによる検出器２３の平面の一部には、方向ｘ及びｙに沿ってそれぞれ互いに隣接して配置されている全部で４つのこのような検出素子セルＤＥが示されている。可能な実施の形態では、例えば、２０個の検出素子セルＤＥが、測定方向ｘに設けられていて、４個の検出素子セルＤＥが、縦方向ｙに設けられている。
【００４６】
１つの検出素子セルＤＥ内には、実際には、Ｎ＝４個の検出素子２４が、測定方向ｘに沿って周期的に配置されていて、Ｍ＝４個の検出素子２４が、縦方向ｙに沿って周期的に配置されている。Ｎ，Ｍに対して選択されたこれらの値は、生成すべき移相信号の数に起因する。この場合、基本的に、Ｎ，Ｍに対する値はそれぞれ、２よりも大きく又は２以上に、すなわちＮ＞２及びＭ≧２に選択する必要がある。この場合、Ｎ，Ｍは、必ずしも整数である必要はない。したがって、全ての検出素子セルＤＥが、測定方向ｘに対する同じ位置によって１つの検出ストリップ要素を形成する。
【００４７】
こうして形成された検出器２３を使用することで、検出面内で発生する信号パターンＳの走査と、信号処理装置２６内の後続する信号処理とによって、移相した少なくとも３つの部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，．．．と、少なくとも１つの絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．とが、検出器列部分２５．１−２５．８ごとに生成され得る。次いで、これらの信号は、高分解能の絶対位置ｘＡＢＳに演算処理され得る。この場合、φｔｊ，ｉは、ｉ番目の検出ストリップ要素内のｊ番目の検出器列部分の絶対位置信号を示す。以下に、これに対して適した方法を図３ａ，３ｂ及び４ａ〜４ｆを用いて説明する。
【００４８】
既に上述したように、スケールの測定方向ｘの相対移動時に、検出器２３の異なる相の複数の検出要素２４が、複数の検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．．を提供する。図３ａでは、図示された複数の検出素子２４の少なくとも一部に、これらの検出素子２４によってそれぞれ生成された検出素子の個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．が割り当てられている。
【００４９】
図３からさらに分かるように、それぞれの検出器列部分２５．１−２５．８内では、同相の複数の検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．が、全部でＭ＝４個の検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，．．．、すなわち
【００５０】
【数１】
2019144232.tif 000003
に相互結合される。第１検出器列部分２５．１から発生したＭ＝４個の検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４の推移が、図４ａに例示されている。
【００５１】
図３ａにさらに示されているように、それぞれの検出器列部分２５．１−２５．８内では、複数の検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，．．．が、複数の部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．、すなわち
【００５２】
【数２】
2019144232.tif 000004
に加算される。図４ｂは、第１検出器列部分２５．１の検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４の加算、すなわち第１検出器列部分２５．１の全ての検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．の加算から発生する部分インクリメンタル信号Ａ１の推移を例示する。複数の部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．が、検出ストリップ要素内で検出された複数の絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．にほとんど依存しない点が、この種類のインクリメンタル信号を取得するために重要である。
【００５３】
図４ｃには、それぞれ９０°だけ移相した全ての４つの部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の推移が示されている。したがって、これらの部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は、４つの第１検出器列部分２５．１−２５．４から取得される。
【００５４】
図３ａに示されているように、こうして取得された複数の部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．．が、移相した４つのインクリメンタル信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに結合される。これらのインクリメンタル信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ、同様に互いに９０°移相している。すなわち、インクリメンタル信号Ｂは、インクリメンタル信号Ａに対して９０°だけ移相していて、インクリメンタル信号Ｃは、インクリメンタル信号Ａに対して１８０°だけ移相していて、インクリメンタル信号Ｄは、インクリメンタル信号Ａに対して２７０°だけ移相している。このため、全ての同位相の部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．はそれぞれ、Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋．．．，Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２＋．．．，．．．にしたがって複数のインクリメンタル信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに加算される。
【００５５】
長手方向位相又は長手方向インクリメンタル位相φが、関係式
【００５６】
【数３】
2019144232.tif 000005
にしたがって、こうして生成されたインクリメンタル信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから算出される。それ故に、値
【００５７】
【数４】
2019144232.tif 000006
が、１つの信号周期内の高分解能のインクリメンタル位置ｘＩＮＣに対して得られる。
【００５８】
長手方向インクリメンタル位相φのインクリメンタル位相φの推移が、測定方向ｘへのスケールの移動の場合に対して例示されている。より分かりやすくするため、長手方向と縦方向との全ての位相値を、全ての図において（上記の演算仕様と同様に）比率及び信号周期で示す。
【００５９】
さらに、本発明のエンコーダでは、部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．．は、上記の方法とは違う方法でも取得され得る。この方法は、Ａ１＝Ａ１１＋Ａ１２＋Ａ１３＋Ａ１４，Ｂ１＝Ｂ１１＋Ｂ１２＋Ｂ１３＋Ｂ１４，．．．．にしたがう複数の縦方向検出素子加算信号による単純な加算に基づく。
【００６０】
或る代わりの方法の範囲内では、複数の検出素子加算信号の列ごとの加算値（又は列ごとの平均値）が、測定方向ｘに沿った１つの周期を有するだけではなくて、当該信号のばらつき（Ｓｔｒｅｕｕｎｇ）も有することが利用される。この関係が、図４ａに示されている。この場合、例えば、ｘ＝０．６２５に対して、４つの信号の加算値とこれらの信号のばらつきとが、最大を示す。これに対してｘ＝１．１２５では、これらの信号の加算値が最小であり、それらの値がほぼ等しい。すなわち、当該ばらつきも、同様に最小である。このばらつきの目安としては、例えば実験標準偏差又は分散が使用され得る。
【００６１】
例えば、このような方法における４つの検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４の場合、（同様に全てのその他の列部分に対する）第１の列部分の部分インクリメンタル信号Ａ１が以下のように算出される：
【００６２】
【数５】
2019144232.tif 000007
【００６３】
この場合、
【００６４】
【数６】
2019144232.tif 000008
は、当該複数の検出素子加算信号の平均値であり、部分インクリメンタル信号Ａ１は、経験標準偏差から定倍数を除いたものに相当する。
【００６５】
当然に、（同様に全てのその他の列部分に対する）第１の列部分の部分インクリメンタル信号Ａ１は、当該第１の列部分の複数の検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．又は複数の検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．の位置に依存するばらつきから直接に同様に又はほぼ同様に算定されてもよい。したがって、最も簡単な場合では、最後の段落に記載されているように、単に、複数の検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，．．．がそれぞれ、これらの検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．．の加算と置換されてもよい。
【００６６】
基本的に、部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，．．．．を生成するためには、さらに、検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，．．．又は検出素子個別信号ａ１１，ｂ１１，．．と部分インクリメンタル信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２との間の別の関数関係が使用されてもよい。
【００６７】
この方法では、計算すべき値が、場合によっては縦方向位相の算定時に、次の段落で説明するように、中間結果として生成され、したがってさらなる処理のために既に存在することが有益である。
【００６８】
こうして取得された長手方向インクリメンタル位相φ又はインクリメンタル位置ｘＩＮＣに絶対粗位置ｘＡＢＳ，Ｇ（この絶対位置ｘＡＢＳ，Ｇの生成は以下で説明する）を加算することから、希望した高分解能の絶対位置ｘＡＢＳが算定され得る。
【００６９】
絶対粗位置ｘＡＢＳ，Ｇを算出するため、検出器列部分２５．１−２５．４ごとに、上述したように生成される実際の４つの検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４が使用される。このとき、それぞれの列部分に対して、関係式
【００７０】
【数７】
2019144232.tif 000009
にしたがって、検出素子加算信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４又はＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，．．から、絶対値信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．が、縦方向位相として算出される。図４ｅには、スケールの相対移動時に左から最初の４つの検出器列部分２５．１−２５．４から生成された絶対値信号φｔ１，１，φｔ２，１，φｔ３，１，φｔ４，１の推移が例示されている。この図から分かるように、この例では、それぞれの検出器列部分２５．１−２５．４ごとにこうして生成された絶対値信号φｔ１，１，φｔ２，１，φｔ３，１，φｔ４，１は、絶対位置コード化のコード語として本発明のエンコーダで使用可能であるそれぞれ３つの離散値を示す。したがって、規定した３つのコード語０，１又は２のうちの１つのコード語が、これらの検出器列部分２５．１−２５．４によってそれぞれ走査された各ストリップ要素に割り当てられ得る。
【００７１】
本発明の装置の好適な実施の形態では、１つの検出素子セルＤＥ内でそれぞれの検出器列部分２５．１−２５．４から説明したように生成される全ての絶対値信号φｔ１，１，φｔ２，１，．．．が、当該絶対位置を算定するために使用されない。むしろ、１つの検出器列部分が、走査された一群の複数のストリップ要素に対して選択され、この検出器列部分から発生した絶対値信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．又は付随するコード語がさらに処理される。この場合、１つのストリップ要素を走査する隣接した４つの検出器列部分２５．１−２５．４から、特に、信号パターン内の隣接したストリップ間の移行部分から最も離れている検出器列部分２５．１−２５．４が選択される。このため、静的な関係が、当該算出された長手方向インクリメンタル位相φ（図４ｄ）と以下ではチャネルとも呼ばれる選択すべき検出器列部分との間に存在する。代わりに、１つの検出ストリップ要素の部分インクリメンタル信号も、当該適合するチャネルを選択するために使用され得る。図４ａ〜４ｆの示された例では、例えば、０．１２５≦φ＜０．３７５の場合は、チャネル１が選択され、０．３７５≦φ＜０．５又は−０．５≦φ＜−０．３７５の場合は、チャネル２が選択され、−０．３７５≦φ＜−０．１２５の場合は、チャネル３が選択され、−０．１２５≦φ＜０．１２５の場合は、チャネル４が選択される。したがって、図４ｆの破線で示された曲線（スケール位置の関数としての選択されたチャネル）は、図４ｄに示された長手方向位相φの推移から直接に発生する。選択されたチャネルにおける図４ｆに実線で示された縦方向位相値は、図４ｅの信号表示から得られる。その結果、選択されたそれぞれのチャネルの位相が、１つずつ取得される。
【００７２】
こうして、測定目盛の走査されたそれぞれのストリップ要素に対して、１つの絶対位置信号φｔ１，ｉ，φｔ２，ｉ，．．．が、当該ストリップ要素を走査するために設けられているそれぞれ４つの検出器列部分から算出され、検出チャネルを適切に選択することによって実際の３つのコード語０、１又は２のうちの１つのコード語のそれぞれのストリップ要素に割り当てられる。その結果、１つのコードシーケンスが生成される。１つの絶対粗位置ｘＡＢＳ，Ｇが、デコードテーブル内でこのコードシーケンスに割り当てられている。
【００７３】
その後に、目的とする高分解能の絶対位置ｘＡＢＳが、インクリメンタル位置ｘＩＮＣと絶対粗位置ｘＡＢＳ，Ｇとの加算から算定され得る。
【００７４】
上記の光学的な透過光走査とコリメートされる照射とによる本発明のエンコーダの第１の実施の形態は、特に別の方式で当該絶対位置をストリップ要素内でコード化するためにスケール側で変更され得る。対応する代わりのスケール又は代わりの測定目盛１２′の正面が、図５に示されている。
【００７５】
上記の絶対位置をコード化するための実施の形態では、測定目盛のストリップ要素内のパターン要素の位相位置が、縦方向ｙに評価された一方で、図５によるバリエーションでは、スケール縦方向周期Ｍｙ、すなわち複数のストリップ要素１３′内の測定方向ｘに対して直角に配置された複数のパターン要素１４′の周期を当該絶対位置のコード化のために使用することが提唱されている。このため、測定目盛１２′の異なる複数のコード化ストリップ要素１３′が、異なる少なくとも２つのスケール縦方向周期Ｍｙ１，Ｍｙ２を有する。図３の示された例では、例えば異なる２つのスケール縦方向周期Ｍｙ１，Ｍｙ２が、これらのストリップ要素１３′内に配置されたこれらのパターン要素１４．１，１４．２に対して設けられている。このとき、図３から分かるように、ここでも同様に菱形に形成されたこれらのパターン要素１４．１，１４．２は、適切に異なる大きさを成す。このとき、適切に異なるコード語が、異なるスケール縦方向周期Ｍｙ１，Ｍｙ２に割り当てられている。例えば、コード語０が、スケール縦方向周期Ｍｙ１に割り当てられていて、コード語１が、スケール縦方向周期Ｍｙ２に割り当てられている。
【００７６】
発生する信号パターンを走査するため、図３による検出器は、縦方向の走査に対して適切に適合させることができる。すなわち、異なってコード化された複数のストリップ要素１３′から成る整数個の異なるパターン要素１４．１，１４．２が、１つの長さ内に配置され得るように、１つの検出素子セルが、縦方向ｙに特にこの長さを有する必要がある。
【００７７】
部分インクリメンタル信号が、上記の実施の形態と同様に生成される。
【００７８】
その後に、こうして生成された信号は、第１の実施の形態で実行されるように絶対位置情報ｘＡＢＳに演算処理され得る。
【００７９】
さらに、この実施の形態に対しては、アルゴリズム的により簡単な評価方法も使用可能であることが特に有益であると言える。さらに、スケールの縦方向のより大きい移動が、検出すべき２つの周波数のうなり周波数を検出することによってアブソリュート式に認識され得る。
【００８０】
以下に、本発明のエンコーダの第２の実施の形態を図６及び７に基づいて説明する。この場合、図６は、走査ビーム路の断面を概略的に示す。図７は、スケールの正面の一部を示す。以下に、その後に続く複数の実施の形態と同様に、第１の実施の形態に対する最も重要な相違点だけを説明する。
【００８１】
本発明のエンコーダの第２の実施の形態は、同様に光学式エンコーダとして構成されている。この場合、しかしながら、分散する照射光の走査が提唱されている。さらに、このエンコーダは、第１の実施の形態とは違って回転軸Ｒを中心としたスケール１１０と走査装置１２０との相対移動を検出するために使用される。したがって、測定方向ｘは、直線に延在しないで円形に延在する。この場合、スケール１１０は、円形のキャリア本体１１１から成るいわゆる目盛板として形成されている。放射状に配向配置された回折格子領域を有する円形の測定目盛１１２が、このキャリア本体１１１上に存在する。測定目盛１１２は、同様に光学式の振幅回折格子として形成されているが、選択された走査原理に起因して、測定方向ｘに沿って交互に配置された異なる反射率を有する複数の回折格子領域から成る、すなわち例えば反射性の回折格子領域と非反射性の回折格子領域とから成る。図７には、測定目盛１１２の反射性の回折格子領域が明るく示されていて、非反射性の回折格子領域が暗く示されている。
【００８２】
走査装置１２０内には、光源１２１と２次元の検出器１２３とが、共通の１つの平面内に設置されている。この検出器１２３は、同様に列部分内に配置された複数の光電検出素子を有する。測定目盛１１２が、前方に配置されたコリメーション光学素子なしに光源１２１によって分散照射され、信号パターンが、この測定目盛１１２を経由して検出器１２３の検出面内に投影状に伝送される。当該伝送された信号パターンは、当該分散照射に起因して当該検出面内で倍率ｍだけ拡大する。この倍率ｍは、以下のように得られる：
ｍ＝（ｕ＋ｖ）／ｕ
ここで、
ｍは、測定目盛パターンを走査可能な信号パターンに投影状に伝送するときの検出面内の倍率であり、
ｕは、光源と測定目盛との間の間隔であり、
ｖは、測定目盛と検出面との間の間隔である。
【００８３】
例えば、ｕ＝ｖの場合は、倍率Ｍ＝２が、上記の方程式によって得られる。
【００８４】
図７の測定目盛１１２の一部の正面図から分かるように、同様にストリップ要素１１３が、測定方向ｘに沿って周期的に配置されている。上記の実施の形態とは違って、ここでは、縦方向ｙに沿って複数のストリップ要素１１３内に周期的に配置されている反射性に形成された複数のパターン要素１１４の形がさらに選択されている。したがって、これらのパターン要素１１４は、もはや菱形に形成されていなくて、ほぼ余弦状の境界輪郭を有する。さもないと信号生成に悪影響を及ぼす望まない高調波成分及びコードに依存する誤差が、特にインクリメンタル位置信号の生成時に減少され得る。当該生成された信号中の望まない高調波及びコードに依存する雑音をさらに減少させるため、選択された光源１２１の大きさ及び形が適切に選択されてもよい。
【００８５】
当該ロータリー式エンコーダの実施の形態に関して、以下では、走査装置とスケールとの縦方向の移動（偏心誤差）に関する情報及び／又は走査装置とスケールとの接線方向の変位に関する情報を得るため、生成された絶対位置信号が、どのようにさらに使用され得るかを説明する。
【００８６】
すなわち、図８ａは、選択された絶対位置信号φｔ１，φｔ２，φｔ３，．．．，を示す。これらの絶対位置信号は、検出器を使用することによって、異なる２つの状況に対して、隣接した全部で１４個の検出ストリップ要素又は検出器列部分から取得される。第１の状況では、正確な取り付け状態が、走査装置に対して中心を正確に位置決めされた目盛板又はスケール本体によって存在する。第２の状況では、目盛板の偏心又は理想的でない取り付け状態が存在する。それぞれ右側に示された絶対位置信号φｔ１，φｔ２，φｔ３，．．．．が発生する。このとき、存在する取り付け偏心度が、これらの絶対位置信号φｔ１，φｔ２，φｔ３，．．．の共通の移相から評価され、さらなる信号処理時に考慮され得る。代わりに、この情報は、正確な取り付けを保証するために使用されてもよい。
【００８７】
図８ｂには、本発明のエンコーダの回転式のバリエーションの発生した選択された絶対位置信号φｔ１，φｔ２，φｔ３，．．．が示されている。これらの絶対位置信号も、同様に検出器を使用することによって、隣接した全部で１４個の検出ストリップ要素から取得される。しかしながら、走査装置が、目盛板に対して接線方向に移動している。その結果、図８ｂから分かるように、理想的な取り付け位置に対するこれらの絶対位置信号φｔ１，φｔ２，φｔ３，．．．の値がそれぞれ、それぞれの検出器列部分内の検出されたパターン要素の位置に依存する値だけ移動している。こうして、当該変位が、算定され、補正され又はさらなる測定時に考慮され得る。
【００８８】
説明した走査装置と目盛板との場合によっては存在する半径方向で接線方向の変位を検出することによって、正確な取り付けの制御に加えて、一般に、理想的な取り付け位置から増大する偏差によって表面化する軸受の損傷の早期の認識も可能である。
【００８９】
以下に、本発明のエンコーダの第３の実施の形態を、走査ビーム路を有する断面を概略的に示す図９に基づいて説明する。
【００９０】
ここでも同様に、測定目盛２１０の光学式の照射光の走査が提唱されている。スケール２１０と走査装置２２０とが、直線状の測定方向ｘに沿って互いに相対移動可能である。上記の実施の形態とは違って、送信回折格子２２２が、走査装置２２０内の光源２２１の前方に配置されている。ここでは、この送信回折格子２２２は、透過性の回折格子領域と非透過性の回折格子領域とのｙ方向に周期的な配置から成る。この送信回折格子２２２は、走査板２２６の、光源２２１に面している側に配置されている。検出器２２３も、この走査板２２６のこの側に直に隣接して設置されている。これにより、当該送信回折格子と当該検出面とが、測定目盛２１２から等しく離間して走査ビーム路内に配置されていることが保証される。当該走査ビーム路内に設けられている送信回折格子２２２を使用することによって、測定目盛２１２の、送信回折格子２２２なしで可能であるよりも細いパターンも、当該検出面内に伝送され得る。したがって、さらにより高い分解能が、エンコーダで達成可能である。
【００９１】
基本的に、別に形成された送信回折格子のバリエーションも、本発明のエンコーダで使用され得る。これらのバリエーションはそれぞれ、１つ又は複数の透過性の開口部を有する光透過性の複数の要素を備える。光源から来るビーム束が、当該開口部を通過して走査ビーム路内の後続する要素の方向に出射する。この場合、当該開口部の数及び形は、それぞれの走査に適切に適合することができる。
【００９２】
本発明のエンコーダの第４の実施の形態及びこの第４の実施の形態のバリエーションを図１０、１１及び１２に基づいて説明する。図１０は、走査ビーム路を有する断面を概略的に示す。図１１及び１２は、この実施の形態で使用され得るスケール又は測定目盛の正面の一部を示す。
【００９３】
上記の例のように、スケール３１０の光学式の照射光の走査が提唱されている。この場合、スケール３１０と走査装置３２０とが、直線状の測定方向ｘに沿って互いに相対移動可能である。
【００９４】
この例では、スケール３１０上に配置された測定目盛は、反射性の位相回折格子として構成されている。この位相回折格子の格子領域が、当該格子領域上に入射し反射するビーム束に対して異なる移相作用を示す。この場合、当該スケールは、マルチトラックシステム又はダブルトラックシステムとして構成されていて、縦方向ｙに隣接して配置され、測定方向ｘに沿って延在する第１測定目盛トラック３１２．１，３１２．２を有する。図１１の部分正面図から分かるように、ストリップ要素３１３の周期的な配置が、第１測定目盛トラック３１２．１内に設けられている。この場合、このストリップ要素３１３は、主に縦方向ｙに周期的に配置されたパターン要素３１４を有する幅Ｍｘ／２の中心ストリップ要素領域３１３．１から成る。さらに、回折格子を有する幅Ｍｘ／４の複数のストリップ要素領域３１３．２が、この中心ストリップ要素領域３１３．１に対して横に隣接して配置されている。この場合、当該回折格子は、周期ＰＡを有する縦方向に不規則な回折格子から成る。この場合、図１１に示されたような２つの領域３１３．１，３１３．２間の移行部分が、可能な限り連続して形成されると有益であることが実証されている。縦方向ｙに周期的な領域３１３．１と領域３１３．２内の当該回折格子との間の不利な分離がない。
【００９５】
測定方向ｘに延在する高分解能のインクリメンタル目盛が、第１測定目盛トラック３１２．１に隣接して横方向ｙに配置されている第２測定目盛トラック３１２．２内に設けられている。このインクリメンタル目盛は、ストリップ要素の領域３１３．２内の回折格子と同様に形成されていて、測定方向ｘに沿って周期ＰＩＮＣを有する。この場合、当該インクリメンタル目盛の周期ＰＩＮＣは、当該回折格子の周期ＰＡに等しくてもよく、異なってもよい。
【００９６】
走査側には、その前の実施の形態のように、光源３２１が、走査装置３２０内で送信回折格子３２２の前方に配置されている。ここでも同様に、この送信回折格子３２２は、ｙ方向に周期的な透過性の回折格子領域と非透過性の回折格子領域との配置から成る。送信回折格子３２２は、光源３２１に付設されている透明な走査板３２６の下面上に配置されている。主に分離された２つの部分検出装置３２３．１，３２３．２から成る検出装置も、走査板３２６の同じ側に直接に隣接して設置されている。この場合、同様に走査板３２６の下面上に配置されている走査回折格子３２７が、第２部分検出装置３２３．２の前方に配置されている。
【００９７】
第１測定目盛トラック３１２．１のスケールから戻り反射されるビーム束が、第１部分検出装置３２３．１に到達する。インクリメンタル目盛を有する第２測定目盛トラック３１２．２のスケールから戻り反射されるビーム束が、第２部分検出装置３２３．２に照射される。したがって、第２部分検出装置２３２．２は、高分解能のインクリメンタル信号を生成するために使用される一方で、第１部分検出装置３２３．１を使用することによって、すなわち第１測定目盛領域３１２．１を走査することによって、その前の実施の形態と同様に、少なくとも１つの絶対位置信号と複数の部分インクリメンタル信号とが生成可能である。この場合、当該部分インクリメンタル信号は、当該高分解能のインクリメンタル信号よりも低い分解能を有し、いわゆる結合インクリメンタル信号（Ａｎｓｃｈｌｕｓｓ−Ｉｎｋｒｅｍｅｎｔａｌｓｉｇｎａｌ）を生成するために使用され、当該結合インクリメンタル信号は、異なる複数の信号を高分解能の１つの絶対位置に演算処理するために有益である。
【００９８】
このとき、より低い分解能の部分インクリメンタル信号と絶対位置信号から得られる絶対位置とによって高分解能のインクリメンタル信号を算出することから、高分解能の絶対位置が、公知の方法で算定され得る。
【００９９】
異なって形成された２つの測定目盛領域３１２．１，３１２．２を有する測定目盛の代わりに、本発明のエンコーダのこの実施の形態では、シングルトラックシステムとしてただ１つの測定目盛３１２′を有する測定スケールを使用してもよい。このシングルトラックシステムの一部が、図１２に示されている。この場合、この測定目盛３１２′のただ１つのトラックが、図１１の実施の形態の第１測定目盛領域３１２．１に等しい。このような測定目盛の場合には、一方では高分解能のインクリメンタル信号を生成するための独立した複数の検出器に使用されること、他方ではより低い分解能の部分インクリメンタル信号と絶対位置信号とに使用されることが、検出器側で提唱され得る。この実施の形態の利点は、走査装置が任意に取り付けられ得ることである。すなわち、横方向への取り付け公差に関する限定条件を考慮する必要がない。この場合、基本的に、エンコーダの機能に影響を及ぼすことなしに、走査装置を１８０°だけ回転させて配置することも可能である。また、このような測定目盛の場合には、走査装置の走査が、ただ１つの検出装置によって実行されることが実現可能である。このため、適切に構成された送信回折格子を走査ビーム路内にさらに設ける必要がある。
【０１００】
以下に、第５の実施の形態を図１３及び１４に基づいて説明する。この場合、図１３は、スケールの一部の正面図であり、図１４は、検出装置４２３の一部の正面図である。
【０１０１】
ここまで説明した実施の形態では、専ら光学式の走査原理が、本発明のエンコーダで使用された一方で、今度は、使用されるスケールの磁気式の走査が提唱されている。このため、当該スケールは、スケール長手方向周期Ｍｘで測定方向ｘに周期的に配置された複数のストリップ要素４１３を有する磁気式の測定目盛４１２を含む。この場合、ストリップ要素４１３ごとに、幅Ｍｘ／４を有する非磁化又は一定に磁化された領域４１３．１と、複数の領域４１３．１間に配置され、幅Ｍｘ／２と縦方向ｙに周期的に磁化されたパターンとを有する領域４１３．２が設けられている。縦方向ｙの当該周期的なパターンは、主にスケール縦方向周期Ｍｙで交互に配置されたＮ極領域及びＳ極領域４１４．１，４１４．２によって形成される。
【０１０２】
２次元の検出装置４２３が、測定目盛４１２によって予め設定されている磁場分布として発生する信号パターンを走査するために使用される。この２次元の検出装置４２３の検出素子４２４が、磁気抵抗検出素子として構成されている。光学式の例と同様に、複数の磁気抵抗検出素子４２４が、測定方向ｘに沿って列を成して周期的に配置されている。この場合、周期的に配置された多数の検出素子４２４が、検出器列部分４２５ごとに設けられている。
【０１０３】
最初に説明した実施の形態と同様に、信号が生成され処理される。
【０１０４】
引き続き、第６の実施の形態を図１５及び１６に基づいて説明する。図１５は、スケールの一部の正面図である。図１６は、検出装置５２３の一部の正面図である。
【０１０５】
この例では、使用されるスケールの電磁誘導式の走査が設けられている。このスケールは、スケール縦方向周期Ｍｘで測定方向ｘに周期的に配置されたストリップ要素５１３を含む電磁誘導式の測定目盛５１２を有する。幅Ｍｘ／４を有する２つの非導電性領域５１３．１４と、幅Ｍｘ／２を有するこれらの非導電性領域間に配置された１つの領域５１３．２と、縦方向ｙに周期的な１つのパターンとが、ストリップ要素５１３ごとに設けられている。縦方向ｙの当該周期的なパターンは、スケール縦方向周期Ｍｙで交互に配置された導電性領域５１４．１と非導電性領域５１４．２とによって形成される。
【０１０６】
２次元の検出装置５２３が、所定の磁場分布として発生する信号パターンを走査するために使用される。当該検出装置５２３の複数の検出素子５２４が、電気検出式の導体ループとして形成されている。光学式の例と同様に、複数の導体ループ又は複数の検出素子５２４が、測定方向ｘに沿って列を成してスケール長手方向周期Ｍｘで周期的に配置されている。周期的に配置された複数の導体ループ又は複数の検出素子５２４が、検出器列部分５２５ごとに設けられている。この実施の形態では、さらに、振動する電磁励磁場を生成するための励磁コイル５２６が、走査側に設けられている。
【０１０７】
最初に説明した実施の形態と同様に、信号が生成され処理される。
【０１０８】
具体的に説明されている実施の形態の他に、本発明の範囲内では、さらに別の構成の可能性が当然に存在する。
【符号の説明】
【０１０９】
１０    スケール
１１    キャリア本体
１２    測定目盛
１３    ストリップ要素
１４    パターン要素
２０    走査装置
２１    光源
２２    コリメーション光学素子
２３    検出器
２４    検出素子
２５    検出器列部分
２６    信号処理装置
１１０  スケール
１１１  キャリア本体
１１２  測定目盛
１１３  ストリップ要素
１１４  パターン要素
１２０  走査装置
１２１  光源
１２３  検出器
２１０  スケール
２１２  測定目盛
２２０  走査装置
２２１  光源
２２２  送信回折格子
２２３  検出器
２２６  走査板
３１０  スケール
３１３  ストリップ要素
３１４  パターン要素
３２０  走査装置
３２１  光源
３２２  送信回折格子
３２６  走査板
３２７  走査回折格子
４１２  測定目盛
４１３  ストリップ要素
４２３  検出器
４２４  検出素子
４２５  検出器列部分
５１３  ストリップ要素
５２３  検出器
５２４  検出素子
５２６  励磁コイル
【図１】
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【図２】
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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４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
2019144232000001.pdf