(57)【要約】本発明は、検出面内に形成されたストリップ・パターンがそれを介して電気走査信号に変換可能である、光学式位置測定装置用検出エレメント・アレイに関する。検出エレメント・アレイは、行列の行及び列内に配置された複数の光検出エレメントを備えている。検出エレメントの少なくとも一部に、２以下のスイッチが付設され、該スイッチを介して、各検出エレメントが、隣接する１つ又は複数の検出エレメントと選択的に直接接続可能である。検出エレメントの少なくとも一部に、メモリ・エレメントが付設され、メモリ・エレメント内に、設定された走査構成において、特定の検出エレメントが、２つのスイッチを介して、隣接するいずれの検出エレメントと接続されるかを示す情報が記憶される。２つのスイッチを介して、同じ列内の隣接する検出エレメントとの直接接続、及び隣接する行の隣接する列内の斜め方向に隣接する検出エレメントとの直接接続、の少なくともいずれかが選択可能である。
2011501140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面内に形成されたストリップ・パターンを電気走査信号に変換可能である、行列の行（Ｚ）及び列（Ｓ）に配置された複数の光検出エレメント（２４；２４０）を備えた光学式位置測定装置用の検出エレメント・アレイにおいて、
前記検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）の少なくとも一部に、スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）が付設され、前記スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して、これらの検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）の各々が、隣接する１つ又は複数の検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）と選択的に接続可能であり、
付設のスイッチを備えた前記検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）に、少なくとも１つのメモリ・エレメント（２６；２６０；３６０；４６０）が付設され、前記メモリ・エレメント（２６；２６０；３６０；４６０）に、設定された走査構成において、特定の検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）が、前記スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して、隣接するいずれの検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）と接続されているかを示す情報が記憶可能であり、
付設のスイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を有する前記検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）にそれぞれ、２以下のスイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）が付設され、前記スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して、
同じ列（Ｓ）内の隣接する検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）との直接接続、及び
隣接する行（Ｚ）の隣接する列（Ｓ）内の斜め方向に隣接する検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）との直接接続、
の少なくともいずれかが選択的に形成可能である
ことを特徴とする光学式位置測定装置用の検出エレメント・アレイ。
【請求項２】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、該検出エレメント・アレイ（２３；２３０）の横に隣接して、複数の接続ライン（３０．１〜３０．４、３１）が配置され、前記接続ライン（３０．１〜３０．４、３１）とそれぞれ、スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して接続された検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）のグループが接続可能であることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項３】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、１つのグループの検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）が、ストリップ・パターンの走査から、それぞれ同じ位相の走査信号を発生することを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項４】
請求項２又は３記載の検出エレメント・アレイにおいて、前記接続ライン（３０．１〜３０．４、３１）と前記検出エレメント・アレイ（２３；２３０）との間にチャネル・マルチプレクサ（２９）が配置され、該チャネル・マルチプレクサ（２９）を介して、同じ位相の走査信号を有するグループの接続された検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）が、それぞれ同じ接続ライン（３０．１−３０．４、３１）に接続可能であることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項５】
請求項４記載の検出エレメント・アレイにおいて、前記検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）は、４つの接続ライン（３０．１〜３０．４）に、９０°ずつの位相差を有する４つの走査信号が、又は３つの接続ラインに、１２０°ずつの位相差を有する３つの走査信号が提供されることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項６】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、各メモリ・エレメント（２６；２６０；３６０；４６０）が、それぞれ１つの制御ライン（２７．１、２７．２；３７０；４７０）を介して２つのスイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）と接続されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項７】
請求項６記載の検出エレメント・アレイにおいて、各メモリ・エレメント（２６；２６０）が反転出力端及び非反転出力端を有し、及び前記出力端の各々が１つの制御ライン（２７．１、２７．２）と接続されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項８】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、プログラミング・ライン（２８．１、２８．２）が検出エレメント（２４；２４０）の列（Ｓ）及び行（Ｚ）の間に配置され且つ前記メモリ・エレメント（２６；２６０；３６０；４６０）を操作するためにこれらと接続され、これにより、前記スイッチ（２５．１、２５．２；２５０．１、２５０．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を選択的に操作可能であることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項９】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、平行なストリップからなる周期的ストリップ・パターンを走査するために、前記スイッチ（２５．１）を介して、それぞれ１つの列（Ｓ）内の検出エレメント（２４；２４０）のみが相互に接続されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１０】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、
角度配置されたストリップからなる周期的ストリップ・パターンを走査するために、前記検出エレメント・アレイ（２３；２３０）が対称軸（ＳＹＭ）に対して鏡面対称に形成された２つの部分を有し、
対称軸（ＳＹＭ）の方向から見て左半分内において、２つのスイッチ（２５．１、２５．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して、同じ列（Ｓ）内の隣接する検出エレメント（２４；３４０；４４０）との接続、及び上方に隣接する行（Ｚ）の左側に隣接する列（Ｓ）内の隣接する検出エレメント（２４；３４０；４４０）との接続、の少なくともいずれかが選択的に形成可能であり、
対称軸（ＳＹＭ）の方向から見て右半分内において、２つのスイッチ（２５．１、２５．２；３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）を介して、同じ列（Ｓ）内の隣接する検出エレメント（２４；２４０；３４０）との接続、及び上方に隣接する行（Ｚ）の右側に隣接する列（Ｓ）内の隣接する検出エレメント（２４；３４０；４４０）との接続、の少なくともいずれかが選択的に形成可能である
ことを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１１】
請求項１−１０いずれかに記載の検出エレメント・アレイにおいて、前記メモリ・エレメント（２６；２６０；３６０；４６０）が、ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ＦＲＡＭ，ＭＲＡＭ，ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭのいずれかとして形成されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１２】
請求項１-11いずれかに記載の検出エレメント・アレイにおいて、前記検出エレメント（２４；２４０；３４０；４４０）が全て同一基本面を有することを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１３】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、隣接する行（Ｚ）の検出エレメント（２４）が、相互に同じ列に配置されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１４】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、隣接する行（Ｚ）の検出エレメント（２４０）が、相互に行の伸長方向に特定のオフセット間隔を有して配置されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１５】
請求項１-14いずれかに記載の検出エレメント・アレイにおいて、前記スイッチ（３５０．１、３５０．２；４５０．１、４５０．２）及び前記メモリ・エレメント（３６０；４６０）の少なくとも一部が、前記検出エレメント（３４０；４４０）の面内に配置されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１６】
請求項１記載の検出エレメント・アレイにおいて、正確に操作するために、各スイッチに１つのメモリ・エレメントが付設されていることを特徴とする検出エレメント・アレイ。
【請求項１７】
位置を測定する装置であって、請求項１−１６のいずれかに記載の検出エレメント・アレイ（２３；２３０）を備えていることを特徴とする位置測定装置。
【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用の検出エレメント・アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の光学式位置測定装置は、通常、目盛本体と該目盛本体に対して測定方向に可動な走査ユニットとを含む。走査ユニット及び目盛本体は、２つの物体と接続され、これらの物体の相対位置及び絶対位置の少なくともいずれかを決定するものである。長さ測定の場合、目盛本体は測定方向に伸長する測定目盛を有する線形尺度として形成され、回転測定の場合、目盛本体は円形リング状測定目盛を有する割出しディスクとして形成されている。走査ユニットは、一般に、１又は複数の光源と、例えばレンズ、走査格子等のようなオプティカル・エレメントとを備え、さらに検出器装置を含む。増分位置測定装置の場合、検出器装置を介して、検出面内の周期的ストリップ・パターンが走査され、周期的ストリップ・パターンは、目盛本体と走査ユニットとの相対運動に依存して変調される。検出器装置の出力端における、変位の関数として変調された走査信号が、後続の電子装置における継続処理のために利用可能である。
【０００３】
この場合、検出器装置内に、いわゆる検出エレメント・アレイがさらに備えられる。このような検出エレメント・アレイは、通常、四角形の細長い複数のホトダイオードからなり、ホトダイオードは、測定方向に相互に隣接して配置され且つ適宜接続されている。この場合、一般に、目盛本体の走査において位相が同じ走査信号を提供するホトダイオードが相互に接続されている。
【０００４】
このような検出エレメント・アレイを設計し且つ種々の走査構成に適合させようとすると、比較的高額の費用が必要となる。したがって、以前から、検出エレメント・アレイが種々の走査構成にフレキシブルに適合可能なように、種々の走査構成用の検出エレメント・アレイの提供が望まれている。
【０００５】
即ち、例えば本出願人の欧州特許公開第１３０８７００号には、適切に形成された検出エレメント・アレイを用いて、種々の目盛周期又は分解能を有する目盛本体が走査可能であることが記載されている。さらに、欧州特許公開第１６３０５２８号には、同様に、ただ１つの検出エレメント・アレイを用いて異なる半径を有する円形目盛がどのように走査可能かについて開示されている。これら両方の公報の場合において、それぞれ、縦長のホトダイオードを有する検出エレメント・アレイが設けられ、これらホトダイオードは、適切な接続によって種々の走査構成に適合可能である。しかしながら、それぞれの検出エレメント・アレイを種々の走査構成に適合させることは、限定的には可能である。
【０００６】
本出願の請求項１の上位概念を形成するときに参照したドイツ特許第１９７５４６２６号からさらに、種々の走査構成に対して検出エレメント・アレイを明らかにすることによりフレキシブル設計を可能にする、プログラミング可能な感光回路が知られている。このような回路もしくは検出エレメント・アレイは、個々の検出エレメント又は感光構成エレメントの行列状の配置を含む。図示されている実施例においては、各検出エレメントに４つのスイッチが付属され、スイッチを介して、各検出エレメントは、水平方向及び垂直方向に直接隣接する４つの検出エレメントと選択的に接続可能である。各スイッチにさらにメモリ・エレメントが付属され、メモリ・エレメント内に、設定された走査構成において、それぞれのスイッチを介してそれぞれの検出エレメントがいずれの検出エレメントと接続されているかを示す情報が記憶可能である。この文献において提案されている方法は、検出エレメント・アレイの種々の走査構成へのより改善されたよりフレキシブルな適合を可能にするが、多数のスイッチ及びメモリ要素を使用する必要があるために、比較的高い回路技術的費用を必要とする。即ち、斜め方向に隣接する２つの検出エレメントの接続は、多数の必要なスイッチ及びプログラミング可能な回路装置を介してはじめて可能であるからである。さらに、費用がかかる回路のために、単位面積当たりに利用可能な検出エレメントの数は減少し、この結果、画素密度は比較的小さくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許公開第１３０８７００号
【特許文献２】欧州特許公開第１６３０５２８号
【特許文献３】ドイツ特許第１９７５４６２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、大きな画素密度を有し、種々の走査構成にフレキシブルに適合可能であり、かつ、大きな回路技術の費用を必要としない光学式位置測定装置用の検出エレメント・アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的は、請求項１に係る本発明の特徴を有する光学式位置測定装置用検出エレメント・アレイによって達成される。
本発明による光学式位置測定装置用検出エレメント・アレイの有利な形態が、請求項１に従属する請求項に記載した手段により提供される。
【００１０】
すなわち、本発明は、種々の検出エレメントの直接接続の可能性が制限された範囲内においてのみ提供され、特に検出エレメント当たりに必要なスイッチ及びそれと共に必要なメモリ要素の数を著しく低減させるように設計されている。種々の適用例において、走査されるストリップ・パターンがいずれの基本形状を有し得るかが基本的にわかっているので、これが可能である。長さ測定装置の場合、一般に、平行なストリップ・パターンが使用され、回転測定装置の場合、通常、角度配置されたストリップを有するストリップ・パターンが存在する。この結果、本発明により、スイッチを介して行われる検出エレメントの直接接続を可能にするために、これらの２つの基本的な走査構成に制限しても十分である。特に、角度ストリップ・パターンの走査に関して、斜め方向に隣接する検出エレメントの直接接続は、対応するスイッチを介して行われる。
【００１１】
本発明による手法の利点として、従来技術に比較して、回路技術的な費用がきわめて少ない検出エレメント・アレイが得られることである。必要なスイッチ及び接続ラインの数のみならず、必要なメモリ・エレメントの数もまた明らかに低減可能である。さらに、低減された回路費用に基づき、従来技術による装置に対比してより高い画素密度を達成可能であり、最終的に、走査において本質的に増大された光分解能が達成可能である。メモリ・エレメント及びスイッチに必要な面積に対する、利用可能な検出エレメントの面積の比率を好適にすることができるので、検出エレメントの単位面積当たりの光電流ゲインがより高くなる。したがって、走査において、検出エレメント・アレイの全体面積を同一とした場合、信号精度がより改善される。
【００１２】
さらに、本発明による検出エレメント・アレイは、増分位置測定装置及び周期的測定目盛に関連して使用可能であるばかりでなく、例えば位置決定のために擬似ランダム・コードが走査される絶対位置測定装置と関連しても使用可能であることは当然である。
【００１３】
検出器の面内に形成されたストリップ・パターンを電気走査信号に変換するための本発明による光学式位置測定装置用検出エレメント・アレイは、行列の行及び列に配置された複数の感光検出エレメントを備えている。検出エレメントの少なくとも一部に、２以下のスイッチが備えられ、これらスイッチを介して、それぞれの検出エレメントが、隣接する１又は複数の検出エレメントと選択的に接続可能である。また、付属のスイッチを備えた検出エレメントの少なくとも一部に、メモリ・エレメントが備えられ、メモリ・エレメント内に、設定された走査構成において、それぞれの検出エレメントが、２以下のスイッチを介して、隣接するいずれの検出エレメントと接続されるかを示す情報が記憶される。２つのスイッチを介して、同じ列内の隣接する検出エレメントとの直接接続、及び隣接する行の隣接する列内の斜め方向に隣接する検出エレメントとの直接接続、の少なくともいずれかを選択可能である。
【００１４】
好適には、検出エレメント・アレイの横に隣接して、複数の接続ラインが配置され、接続ラインそれぞれと、スイッチを介して接続された検出エレメントのグループが接続可能である。
この場合、１つのグループの検出エレメントが、ストリップ・パターンの走査から、それぞれ同じ位相の走査信号を発生することが可能である。
可能な一実施形態において、接続ラインと検出エレメント・アレイとの間にチャネル・マルチプレクサが配置され、チャネル・マルチプレクサを介して、同じ位相の走査信号を有するグループの接続された検出エレメントが、それぞれ同じ接続ラインに接続可能である。
【００１５】
検出エレメントは、４つの接続ラインに、９０°ずつの位相差を有する４つの走査信号が、又は３つの接続ラインに、１２０°ずつの位相差を有する３つの走査信号が存在するように設計されていてもよい。
各メモリ・エレメントは、１つの制御ラインを介して２つのスイッチと接続されている。
この場合、各メモリ・エレメントが反転出力端及び非反転出力端を有し、これら出力端の各々が１つの制御ラインと接続されていてもよい。
【００１６】
プログラミング・ラインが検出エレメントの列及び行の間に配置され且つメモリ・エレメントを走査するためにこれらと接続されるように構成してもよく、これにより、スイッチを選択的に操作可能である。
平行なストリップからなる周期的ストリップ・パターンを走査するために、スイッチを介して、それぞれ１つの列内の検出エレメントのみが相互に接続されていてもよい。
【００１７】
角度配置されたストリップからなる周期的ストリップ・パターンを走査するために、検出エレメント・アレイが対称軸に対して鏡面対称に形成された２つの半部分を有していてもよい。
この場合、対称軸の方向から見て左半分内において、２つのスイッチを介して、同じ列内の隣接する検出エレメントとの接続、及び、上方に隣接する行の左側に隣接する列内の隣接する検出エレメントとの接続、の少なくともいずれかを選択可能である。
また、対称軸の方向から見て右半分内において、２つのスイッチを介して、同じ列内の隣接する検出エレメントとの接続、及び上方に隣接する行の右側に隣接する列内の隣接する検出エレメントとの接続、の少なくともいずれかを選択可能である。
【００１８】
メモリ・エレメントが、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭのいずれかとして形成されていてもよい。
検出エレメントが全て同一基本面を有していてもよい。
隣接する行の検出エレメントが、相互に同じ列に配置されていてもよい。
さらに、代替態様として、隣接する行の検出エレメントが、相互に行の伸長方向に特定のオフセット間隔を有して配置されていてもよい。
可能な一実施形態において、スイッチ及びメモリ・エレメントの少なくとも一部が、検出エレメントの面内に配置されていてもよい。
さらに、代替態様として、正確に操作するために、各スイッチに１つのメモリ・エレメントを備えるようにしてもよい。
本発明による検出エレメント・アレイを、位置測定装置に具備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、図面に示した実施例の以下の記載により説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による検出エレメント・アレイを有する光学式位置測定装置の略図である。
【図２】本発明による検出エレメント・アレイの一部分を拡大詳細図と共に示す図である。
【図３】本発明による検出エレメント・アレイの他の実施例の拡大平面図である。
【図４】本発明による検出エレメント・アレイの他の一実施形態の全体平面図である。
【図５ａ】図４の検出エレメント・アレイを、検出面内において線形ストリップ・パターンを走査するために適した接続状態で示した平面図である。
【図５ｂ】図４の検出エレメント・アレイを、検出面内において角度ストリップ・パターンを走査するために適した接続状態で示した平面図である。
【図６】本発明による検出エレメント・アレイの他の実施形態の全体平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明による検出エレメント・アレイ２３を備えた、回転型光学式位置測定装置の概略図である。位置測定装置は、軸線３１の周りを回転する物体（不図示）の相対運動に関する位置情報を発生するために使用される。このような位置測定装置は、例えば工作機械又は電気駆動装置において使用可能であり、ここでは、制御ユニットに対して、回転体に関する位置情報を提供する。
【００２１】
図示の位置測定装置は割出しディスク１０を含み、割出しディスク１０上に、増分測定目盛１１が配置されている。測定目盛１１は、軸線３１の周りに円状に、透光性部分領域と非透光性部分領域とが交互に配置されたトラックからなり、これら部分領域はそれぞれ矩形に形成されている。非透光性部分領域にはクロムのコーティング等が設けられている。割出しディスク１０は、軸線３１の周りを回転する回転軸３０に同心に配置され且つガラス又はプラスチックからなっている。回転軸３０は、回転体、例えば電気駆動装置の軸と接続されている。
【００２２】
また、位置測定装置は走査ユニット２０を含み、走査ユニット２０は、この例においては、割出しディスク１０に対向する位置に固定配置されている。走査ユニット２０に、光源２１と、その前方に配置されたコリメータ光学装置２２と、本発明により構成された検出エレメント・アレイ２３とを備えており、検出エレメント・アレイ２３は、適宜のハウジング内に位置決めされている。
【００２３】
いわゆる透過型光走査を用いたこのような実施例においては、割出しディスク１０及び測定目盛１１は、光源２１と検出エレメント・アレイ２３との間に配置されている。測定目盛１１を光が通過したのち、この例においては、検出面内に周期的ストリップ・パターンが投写スクリーン内に形成され、周期的ストリップ・パターンは、軸線３１の周りで割出しディスク１０が回転すると、その変位の関数として変調され、検出面内に配置されている検出エレメント・アレイ２３を介して検出され、そして適切な走査信号に変換される。形成された位置の関数としての走査信号、即ち９０°の位相差を有する２つの増分信号は、図示されていない制御ユニットにおいて既知のように後続処理される。
【００２４】
本発明による検出エレメント・アレイ２３は、図１に示した回転型態様以外の他の位置測定装置においても使用可能であることが明らかである。即ち、本発明による手段は、特に、線形位置測定装置において、ハードウェア的に同一の検出エレメント・アレイ２３の使用を可能にする。この場合、線形に伸長する測定目盛は、同じ検出エレメント・アレイ２３を有する走査ユニットにより走査され、このとき、検出エレメント・アレイ２３は、線形位置測定用に設定された走査構成を有している。
【００２５】
同様に、本発明による検出エレメント・アレイの使用は、このような透過型光走査に限定されず、反射型光走査と組み合わせても使用可能である。
さらに、検出面内におけるストリップ・パターンの発生は、図１に説明した例のように必ずしも投写スクリーン内に行われる必要はなく、このようなストリップ・パターンは、光源から放出された光束と走査ビーム通路内の１又は複数の格子との間の他の相互作用機構を介して発生されてもよい。
【００２６】
図２には、図１に示した検出エレメント・アレイ２３の部分図並びにその一部の拡大図が示されている。図２を参照して、以下に、本発明による検出エレメント・アレイ２３の基本構成を説明する。
本発明による検出エレメント・アレイ２３は、行Ｚ及び列Ｓの行列状に配置された複数の感光検出エレメント２４からなり、感光検出エレメント２４は、例えばホトダイオードとして形成されている。全ての行Ｚの列方向に隣接する検出エレメント２４は、図示の態様においては、全て同じ列に配置されている。
本発明による検出エレメント・アレイ２３の上記実施形態においては、検出エレメント２４はそれぞれ、同じ正方形の基本面を有している。基本的には、基本面に対して、他の形状、例えば矩形、三角形又は楕円形等の基本面を使用してもよい。
【００２７】
検出エレメント・アレイ２３の検出エレメント２４の少なくとも一部にそれぞれ、２以下の、この例においては正確に２つのスイッチ２５．１、２５．２が付属され、スイッチ２５．１、２５．２を介して、それぞれの検出エレメント２４が、隣接する２つの検出エレメント２４と選択的に直接接続可能である。後に説明する図４の例から明らかになるように、検出エレメント・アレイ２３の形成された行Ｚ及び列Ｓに個々の検出エレメント２４が配置され、該検出エレメント２４に必ずしも２つのこのようなスイッチ２５．１、２５．２を付属させる必要はない。本発明により、２つのスイッチ２５．１、２５．２を介して、同じ列Ｓ内の隣接する検出エレメント２４との直接接続、及び隣接する行Ｚの隣接する列Ｓの斜め方向に隣接する検出エレメント２４との直接接続、の少なくともいずれかが選択的に形成可能である。後者は、特に、回転系における角度ストリップ・パターンの走査に好適である。
【００２８】
図２に示されている例においては、例えば中央の列Ｓ並びに上から２番目の行Ｚ内の検出エレメント２４が、その上に配置されている、同じ列Ｓの隣接する１番目の行Ｚの検出エレメント２４とスイッチ２５．１を介して接続可能である。また、この検出エレメント２４は、スイッチ２５．２を介して、斜め方向上方に配置されている、隣接する第１の行Ｚの隣接する（右側の）列Ｓの検出エレメント２４と接続可能である。したがって、２つのスイッチ２５．１、２５．２を介して行われる隣接する検出エレメント２４との直接接続により、従来技術とは異なり、複雑な接続論理は必要ではないため、きわめて簡単な構成により実現される。
【００２９】
行Ｚは、行は異なるが同じ列Ｓの隣接する検出エレメント２４を直接（垂直に）接続するためのスイッチは、このレイにおいては全て符号２５．１が付けられ、隣接する行Ｚ及び隣接する列Ｓの隣接する検出エレメント２４を直接（斜め方向に）接続するためのスイッチは、この例においては符号２５．２が付けられている。
【００３０】
このように、本発明による検出エレメント・アレイ２３においては、異なる走査構成を設定するために、検出エレメント２４毎に２つのスイッチ２５．１、２５．２が設けられているにすぎない。２つの走査構成は、少なくとも、列方向に相互に平行に配置されているだけのストリップからなる検出面内のストリップ・パターンのための第１の走査構成、並びに走査されるストリップ・パターンが相互に角度をなして配置されたストリップからなる第２の走査構成である。
【００３１】
本発明による検出エレメント・アレイ２３を、対応するストリップ・パターンの異なる形状パラメータを用いて、上記の２つの走査構成に適合させることが可能である。これは、例えば、異なるストリップ・パターン周期を有する検出面内の平行なストリップ・パターンが、対応して適合された検出エレメント・アレイ２３により走査可能であることを意味する。同様に、異なる角度を有して角度配置されたストリップ・パターンは、適切に適合された本発明による検出エレメント・アレイ２３により走査可能である。
【００３２】
したがって、種々の走査構成において、検出面内において走査されるストリップ・パターンの形状に依存して、検出エレメント２４は種々の接続態様で相互に接続される。これにより、相互に接続された検出エレメント２４の複数のグループがそれぞれ形成され、検出エレメント２４は、変位の関数として変調されるストリップ・パターンの走査において、相互に位相差を有する走査信号を発生する。接続された各グループ内には、検出エレメント２４にそれぞれ、同じ位相の走査信号が存在する。典型的には、４つのこのようなグループが形成され、４つのグループはそれぞれ、対応するスイッチ２５．１、２５．２を介して相互に接続され且つそれぞれ９０°ずつの位相差を有する走査信号を提供する。なお、接続された検出エレメントの３つのグループを形成することも可能であり、該３つのグループは、１２０°ずつの位相差を有する走査信号を提供するか、又は目盛本体の側において、擬似ランダム・コード、グレイコード又は基準マーキングを走査するための適切な接続を行う。
【００３３】
各グループの検出エレメント２４は、図２に示されていない接続ラインにより電気的に接続されている。異なるグループの４つ又は３つの接続ラインは、例えば、検出エレメント・アレイ２３の横に隣接して配置されている。検出エレメント・アレイ２３と接続ラインとの間に、さらに、チャネル・マルチプレクサが配置されていることが好ましく、チャネル・マルチプレクサを介して、１つのグループ中の接続されている検出エレメント２４は、同じ位相の走査信号を有して、それぞれ同じ接続ラインに接続可能である。したがって、図示の例においては、検出エレメント・アレイ２３の内部において接続された検出エレメント２４は、発生された光電流に対する導通エレメントとして機能するので、検出エレメント・アレイ２３の占有面の内部に、その他の接続ラインは必要ではない。接続ラインを介して、異なるグループの走査信号は、後続処理のために下位の後続の電子装置に供給される。
【００３４】
本発明による検出エレメント・アレイ２３においてはさらに、各検出エレメント２４にメモリ・エレメント２６が付属され、メモリ・エレメント２６内に、設定された走査構成において、特定の検出エレメント２４が、２つのスイッチ２５．１、２５．２を介して、隣接するいずれの検出エレメント２４と直接接続されているかを与える情報が記憶される。したがって、メモリ・エレメント２６は、両方のスイッチ２５．１、２５．２を操作するための情報のみでなく、それぞれの走査構成において、両方のスイッチ２５．１、２５．２の現在の作動状態の情報を記憶するようにも機能する。
【００３５】
図２の拡大部分図に示されているように、各メモリ・エレメント２６は、それぞれ１つの制御ライン２７．１、２７．２を介して、付設されているスイッチ２５．１、２５．２のいずれかと接続される。図示の実施例においては、メモリ・エレメント２６は反転出力端及び非反転出力端を有し、これらの出力端は２つの制御ライン２７．１、２７．２にそれぞれ接続されている。
【００３６】
本発明による検出エレメント・アレイ２３において、上位の制御論理装置を介して、メモリ・エレメント２６を適切に操作すなわち作動可能にするために、検出エレメント・アレイ２３はさらに、検出エレメント２４の列Ｓ及び行Ｚの間に配置されたプログラミング・ライン２８．１、２８．２を有している。この場合、プログラミング・ライン２８．１は、検出エレメント・アレイ２３の種々の行のための水平に走行するプログラミング・ラインであり、プログラミング・ライン２８．２は、検出エレメント・アレイ２３の種々の列のための垂直に走行するプログラミング・ラインである。
【００３７】
本発明による検出エレメント・アレイ２３においては、メモリ・エレメント２６として、例えば、ＰＲＯＭｓ、ＥＰＲＯＭｓ、ＥＥＰＲＯＭｓ、ＦＲＡＭｓ、ＭＲＡＭｓ、ＳＲＡＭｓ、ＤＲＡＭｓ等を用いることができる。したがって、揮発性メモリ・エレメント２６のみならず不揮発性メモリ・エレメント２６もまた使用可能である。揮発性メモリ・エレメント２６の場合、このときは、電力供給の遮断後にシステムの再始動が必要になった場合に、特定の走査構成に対してメモリ・エレメント２６の情報を再利用可能にするために、メモリ・エレメント２６の情報は別のメモリ・ユニット内に記憶されることが保証されなければならない。
【００３８】
本発明の範囲内において、検出エレメント毎に、１つのメモリ・エレメント及び２つのスイッチを有する上記の態様の代わりに、スイッチ毎に１つのメモリ・エレメントを設けることもまた可能である。このとき、メモリ・エレメントを介して、それぞれ１つのスイッチのみを操作することになる。このような形態の場合、メモリ・エレメントからの上記の反転出力は不要となる。
【００３９】
以下に、本発明の他の２つの代替実施形態を、図３ａ及び３ｂの部分概略図により説明する。これらの図は、本発明による検出エレメント・アレイの実施形態の個々の検出エレメント３４０、４４０並びに付設されているスイッチ３５０．１、３５０．２、４５０．１、４５０．２、メモリ・エレメント３６０、４６０及び制御ライン３７０、４７０を示している。
【００４０】
上記の図２の例においては、検出エレメントに付設されている構成要素は全て、検出エレメントにより占有されている面の外側に配置されていたが、図３ａの例においては、メモリ・エレメント３６０は検出エレメント３４０の面の領域内に配置されている。付設されている両方のスイッチ３５０．１、３５０．２は、この領域の外側で、検出エレメントに隣接して配置されている。
図３ｂの例においては、メモリ・エレメント４６０のほかに、さらに、スイッチ４５０．１、４５０．２及び制御ライン４７０もまた検出エレメント４４０の面の領域内に配置されている。
【００４１】
したがって、本発明の範囲内において、検出エレメント・アレイ内のスイッチ及びメモリ・エレメントを、少なくとも一部、検出エレメントの面の内部に配置することが可能である。このように構成することにより、検出エレメント・アレイをコンパクトにすることが可能であり、この形態は、単位面積当たりの高い画素密度を保証する。この場合、スイッチ及びメモリ・エレメントは、本質的に、検出エレメントの機能に影響を与えない。
【００４２】
図４は、最終的に、図１及び図２において既に一部説明されたような検出エレメント・アレイ２３を示す。図示の検出エレメント・アレイ２３は、全体として、１９２個の検出エレメント２４を含み、検出エレメント２４は、上記のように、行列の形に８行並びに２４列内に配置されている。この図においては、図を見やすくするためにプログラミング・ラインは示されていないが、検出エレメント・アレイ２３の下縁部の範囲に、全体として５つの接続ライン３０．１〜３０．４、３１が略図で示されている。各接続ライン３０．１〜３０．４によりそれぞれ、ストリップ・パターンの走査において同じ位相の走査信号を提供する検出エレメント２４が接続されている。接続された状態において、例えば、接続ライン３０．１は０°の走査信号を、接続ライン３０．２は９０°の走査信号を、接続ライン３０．３は１８０°の走査信号を、及び接続ライン３０．４は２７０°の走査信号を提供する。接続ライン３０．１〜３０．４と検出エレメント２４との間に、既に説明したように、チャネル・マルチプレクサ２９が配置され、チャネル・マルチプレクサ２９を介して、同じ位相の走査信号を有する接続された検出エレメント２４の種々のグループはそれぞれ、同じ接続ライン３０．１〜３０．４に接続される。
【００４３】
第５の接続ライン３１は、例えば、特に角度ストリップ・パターンの走査において、特定の位相位置を有する必要のない走査信号を提供する検出エレメント２４を一括して接続するために使用される。
【００４４】
図４から明らかなように、対称線ＳＹＭの左右に配置されている検出エレメント・アレイ２３の検出エレメントはそれぞれ、異なって配置されているスイッチ２５．２を有し、スイッチ２５．２は、各検出エレメント２４を、他の列及び他の行内の斜め方向に隣接する検出エレメント２４と接続する。１つの列の隣接する検出エレメントをオプションとして接続するためのスイッチ２５．１は、対称線ＳＹＭの左右の検出エレメント・アレイ部分領域内において同一である。
【００４５】
検出エレメント・アレイ中の左側の部分領域内においては、各検出エレメント２４のスイッチ２５．２は、検出エレメント２４の左上隅に配置されている。これは、対称線ＳＹＭから見て、内側の各検出エレメント２４が、対応する走査構成において、隣接する行及び隣接する列の左上方斜め方向に隣接する検出エレメント２４と接続可能であることを意味する。スイッチ２５．２をこのように配置する代わりに、検出エレメント２４を、隣接する行及び隣接する列内の検出エレメント２４と一括して接続するために、これらのスイッチを検出エレメント２４の右下隅に配置することもまた可能である。
【００４６】
これに対して、検出エレメント・アレイ中の右側の部分領域内においては、各検出エレメント２４のスイッチ２５．２は、検出エレメント２４の右上隅に配置されている。これは、対称線ＳＹＭから見て、内側の各検出エレメント２４は、所望の走査構成において、隣接する行及び隣接する列の右上方に隣接する検出エレメント２４と接続可能であることを意味する。この場合もまた、スイッチ２５．２を図示のように配置する代わりに、検出エレメント２４を、隣接する行及び隣接する列内の検出エレメント２４と一括して接続させるために、スイッチ２５．２を、検出エレメント２４の左下隅に配置することが可能である。
【００４７】
２つの異なる走査構成において、図４に示した検出エレメント・アレイ２３がどのように接続されるかを、図５ａ及び５ｂに示している。図５ａ及び５ｂにおいて、それぞれのストリップ・パターンの走査において、同じ位相の走査信号を発生するように相互に接続された検出エレメント２４は、同一模様で示されている。
【００４８】
図５ａは、周期Ｐを有する、検出面内に形成された平行なストリップ・パターン５０の走査構成において接続された検出エレメント・アレイ２３を示している。図５ａから明らかなように、この走査構成においては、１つの列の検出エレメント２４を相互に接続する全てのスイッチ２５．１が閉じられ、他方のスイッチ２５．２は全て開かれている。検出エレメント２４の隣接する３つの列がそれぞれ、チャネル・マルチプレクサ２９を介して共通の接続ライン３０．１〜３０．４に接続されている。ストリップ・パターン５０の周期Ｐの１／２内に存在する検出エレメント２４の、左側から見て最初の３つの列は、接続ライン３０．１に０°の走査信号を提供し、４番目から６番目の列の検出エレメント２４は、接続ライン３０．２に９０°の走査信号を提供し、７番目から９番目までの列の検出エレメント２４は、接続ライン３０．３に１８０°の走査信号を提供し、１０番目から１２番目までの列の検出エレメントは、接続ライン３０．４に２７０°の走査信号を提供する。次の３つの列の検出エレメントは再び０°の走査信号を提供し、且つ再び接続ライン３１．１に接続され、以下同様である。
このように接続する代わりに、列の他のグループ接続もまた可能である。
【００４９】
本発明による検出エレメント・アレイ２３のこのような走査構成は、例えば、検出エレメント・アレイ２３が線形位置測定装置の走査ユニット内において使用されて、検出面内において平行なストリップ・パターンを検出し、且つ変位の関数として、位相差を有する走査信号に変換すべき場合に利用可能である。
【００５０】
この場合、ハードウェア的に同一の検出エレメント・アレイ２３は、検出面内において角度ストリップ・パターンが走査されるべきときにおいても、使用可能である。図５ｂは、角周期θを有する角度ストリップ・パターン６０と共に、このような走査構成における検出エレメント・アレイ２３を示す。角度ストリップ・パターン６０は、例えば回転位置測定装置の場合に、光束が走査ビーム通路内の１又は複数の格子と相互作用することにより、これらの格子の少なくとも１つが回転対称に形成されているときに使用可能である。
【００５１】
図５ｂから明らかなように、対称線ＳＹＭの左右両方の検出エレメント・アレイ部分において、角度ストリップ・パターン６０により、種々の検出エレメント２４の異なる接続が形成されている。即ち、検出エレメント・アレイ２３の左半分においては、２つのスイッチ２５．１、２５．２を介して、同じ列内の隣接する検出エレメント２４との接続、及び上方に隣接する行の左側に隣接する列内の斜め方向に隣接する検出エレメント２４との接続、の少なくともいずれかが選択的に形成される。これに対して、検出エレメント・アレイ２３の右半分においては、２つのスイッチ２５．１、２５．２を介して、同じ列内の隣接する検出エレメント２４との接続、及び上方に隣接する行の右側に隣接する列内の斜め方向に隣接する検出エレメント２４との接続、の少なくともいずれかが選択的に形成される。
【００５２】
ストリップ・パターン６０の半分の角周期θ／２内に存在する、相互に接続された検出エレメントは、チャネル・マルチプレクサ２９を介して共通の接続ライン３０．１〜３０．４に接続され、これにより、出力側において、位相差を有する４つの走査信号が、０°の走査信号、９０°の走査信号、１８０°の走査信号、並びに２７０°の走査信号の形で利用可能である。
【００５３】
角度ストリップ・パターンに対する走査構成の場合、本発明による検出エレメント・アレイ２３内の縁部に存在する検出エレメント２４は、ストリップ・パターンの走査に利用されずに、接続ライン３１に共通に接続されることが有効である。そうでない場合、種々の走査信号の希望の位相位置に関して誤差が発生する可能性がある。
詳細に説明されたこの例のほかに、本発明の範囲内において、本発明による検出エレメント・アレイの形態に対するさらに他の可能な形態が存在することは明らかであろう。
【００５４】
本発明による検出エレメント・アレイの他の変更態様の一部分が図６に示されている。この変更態様は、検出エレメント２４０の配置が、上述の検出エレメントとは異なっている。上述の例においては、隣接する行の検出エレメントは相互に同じ列内に配置されているが、この変更態様においては、隣接する行の検出エレメントを、行の伸長方向に相互に特定のオフセット間隔を有して配置するように設計されている。検出エレメント２４０の少なくとも一部には、同様に、それぞれ２つのスイッチ２５０．１、２５０．２が付設され、２つのスイッチ２５０．１、２５０．２は、それぞれの検出エレメント２４０を、必要な走査構成に応じてそれぞれ、斜め方向にその上方又はその下方に配置されている検出エレメント２４０と接続することを可能にする。スイッチ２５０．１、２５０．２の操作は、上で説明されたものと同様に、検出エレメント２４０の少なくとも一部に付設されているメモリ・エレメント２６０により行われる。この変更態様においては、これにより、より簡単なレイアウト、及び場合により、より高い画素密度が達成可能である。
【００５５】
本発明による検出エレメント・アレイの他の代替形態に関して、検出エレメントの接続、又は特定の走査変更態様に対して設定された走査構成は、必ずしも静的である必要はない。本発明による検出エレメント・アレイにより、例えば、これを備えた位置測定装置の作動の間に、例えば、変化した走査条件に動的な適合を行わせるために、それぞれの走査構成を変化させることもまた可能である。これにより、例えば、目盛本体を有する割出しディスクが回転軸線に対して正確に同心に配置されてなく且つこのような適合が行われないときに走査信号が偏心誤差を有する可能性がある回転位置測定装置において、走査構成の適合を行うことが可能である。同様に、線形位置測定装置の場合においても、長さ方向における目盛本体の湾曲に基づいて存在する誤差は、利用された検出エレメント・アレイが、測定の間に、変化した走査条件に動的に適合されることにより、補正可能である。
このように、本発明の範囲内において、具体的に記載された実施例のほかに、さらに他の形態も実現可能である。
【図１】
2011501140.tif 000003
【図２】
2011501140.tif 000004
【図３ａ】
2011501140.tif 000005
【図３ｂ】
2011501140.tif 000006
【図４】
2011501140.tif 000007
【図５ａ】
2011501140.tif 000008
【図５ｂ】
2011501140.tif 000009
【図６】
2011501140.tif 000010
【国際調査報告】
2011501140.tif 000011
2011501140.tif 000012
2011501140.tif 000013
2011501140.tif 000014
2011501140.tif 000015
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