(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクリメンタルエンコーダ用のスケール本体（１０）であって、
前記スケール本体（１０）は、長手方向（Ｘ）に交互に配置された複数の散乱領域（２３）と複数のミラー領域（２４）とを有する１つのインクリメンタルトラック（２０）を備え、
前記散乱領域（２３）は、直線状のそれぞれ少なくとも２つの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）を有し、これらの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）は、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に対してほぼ直角に延在し、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に連続して列を成して配置されていて、入射光を拡散反射させるように形成されていて、
前記インクリメンタルトラック（２０）の前記ミラー領域（２４）は、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有し、
前記インクリメンタルトラック（２０）は、前記複数の散乱領域（２３）のうちの１つの散乱領域（２３）の幅（Ｂ２３）と、前記複数のミラー領域（２４）のうちの１つのミラー領域（２４）の幅（Ｂ２４）との和から得られる１つのピッチ（Ｐ）をさらに有する当該スケール本体（１０）において、
各散乱領域（２３）が、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に、前記ピッチ（Ｐ）の半分よりも小さい１つの幅（Ｂ２３）を有し、
１つの散乱領域（２３）の当該直線状の複数の凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）のうちのそれぞれ２つの凹部が、当該１つの散乱領域（２３）の互いに対向している複数の外側部分（Ａｓ１，Ａｓ２）に配置されていて、前記１つの散乱領域（２３）の前記幅（Ｂ２３）を前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に限定すること、及び
複数の前記凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）間のそれぞれの領域が、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有することを特徴とするスケール本体（１０）。
【請求項２】
前記散乱領域（２３）の当該直線状の少なくとも２つの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）がそれぞれ、互いに重なり合って配置されている、ほぼ円い複数の窪み部（２５）から形成されている請求項１に記載のスケール本体（１０）。
【請求項３】
前記散乱領域（２３）の前記幅（Ｂ２３）は、前記ピッチ（Ｐ）の幅の１０％よりも大きい請求項１又は２に記載のスケール本体（１０）。
【請求項４】
前記散乱領域（２３）は、前記ピッチ（Ｐ）の３０％〜４５％、特に前記ピッチ（Ｐ）の３５％〜４０％、特に前記ピッチ（Ｐ）の約３８％に相当する１つの幅（Ｂ２３）を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のスケール本体（１０）。
【請求項５】
平行に隣接した直線状の２つの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）間の間隔（Ａ）は、零よりも大きく、且つ前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）における当該直線状の複数の凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）の１つの幅の２倍を除いた前記ピッチ（Ｐ）の半分よりも小さい請求項１〜４のいずれか１項に記載のスケール本体。（１０）。
【請求項６】
前記複数の散乱領域（２３）は、平行で直線状のそれぞれ少なくとも３つの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）を有し、これらの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）は、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に対して直角に整列されていて、６〜９μｍ、特に約７．５μｍの間隔（Ａ）で互いに離間されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のスケール本体（１０）。
【請求項７】
当該それぞれの直線状の凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）は、−前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に−３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの１つの幅（ＢＬ）を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のスケール本体（１０）。
【請求項８】
前記複数の散乱領域（２３）は、短くされた直線状のそれぞれ少なくとも１つの、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に対して直角に第１長さ（Ｌ１−１，Ｌ２−１）を有する凹部（２６−２，２６−３，２６−４）を備え、当該凹部（２６−２，２６−３，２６−４）は、直線状の少なくとも１つの別の凹部（２６−１，２６−５）の第２長さ（Ｌ２）よりも短く、拡散反射光の均一な強度分布が、前記散乱領域（２３）に沿って発生するように、当該短くされた直線状の少なくとも１つの凹部（２６−２，２６−３，２６−４）は形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のスケール本体（１０）。
【請求項９】
前記短くされた直線状の少なくとも１つの凹部（６−２，２６−３，２６−４）は、前記別の直線状の少なくとも１つの凹部（２６−１，２６−５）に比べて短くされた１つの開始領域及び１つの終了領域を有する請求項８に記載のスケール本体（１０）。
【請求項１０】
前記別の直線状の少なくとも１つの凹部（２６−１，２６−５）に対して短くされた前記直線状の少なくとも１つの凹部（６−２，２６−３，２６−４）は、特に中央の１つの自由空間（２７）を有し、当該中央の自由空間（２７）は、当該短くされた直線状の凹部（２６−２，２６−３，２６−４）の１つの開始領域と１つの終了領域との間の遮断部分を形成する請求項８に記載のスケール本体（１０）。
【請求項１１】
前記スケール本体（１０）は、１つの基準トラック（３０）をさらに有し、この基準トラック（３０）は、前記インクリメンタルトラック（２０）と並んで平行に配置されていて、前記スケール本体（１０）に沿った１つの測定ヘッドの絶対位置を特定するように形成されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスケール本体（１０）。
【請求項１２】
前記基準トラック（３０）は、長手方向（Ｘ）に交互に配置された複数の基準散乱領域（３３）と複数のミラー領域（３４）とを有し、
前記基準トラック（３０）の前記複数の基準散乱領域（３３）はそれぞれ、直線状の複数の凹部（３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６）を有し、これらの凹部（３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６）は、入射光を拡散反射させるように形成されていて、
前記基準トラック（３０）の前記複数のミラー領域（３４）は、ほぼ滑らかな表面を有する請求項１１に記載のスケール本体（１０）。
【請求項１３】
以下の：
・請求項１〜１２のいずれか１項に記載の１つのスケール本体（１０）と、
・前記スケール本体（１０）の前記インクリメンタルトラック（２０）を光学式に走査するように構成されている少なくとも１つのセンサ装置（１０１）とを有するインクリメンタルエンコーダ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセンサ装置（１０１）は、前記スケール本体（１０）に対して移動可能な１つの、前記インクリメンタルトラック（２０）の像を生成するための光学式の１つの撮像装置（１０４）と当該像を検出するための複数の光センサ（１０３）とを有する測定ヘッドを備え、
前記光センサ（１０３）が、当該像の検出時に正弦波状の出力信号を生成するように、前記センサ装置（１０１）は構成されている請求項１３に記載のインクリメンタルエンコーダ。
【請求項１５】
前記センサ装置の前記撮像装置は、正弦波状の出力信号を生成するために、ほぼ楕円の走査窓を有する請求項１４に記載のインクリメンタルエンコーダ。
【請求項１６】
前記センサ装置の前記光センサ（１０３）は、正弦波状の出力信号を生成するために、ほぼ楕円のセンサ面を有する請求項１４に記載のインクリメンタルエンコーダ。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスケール本体を金属表面上に形成するための方法において、
前記方法は、以下の：
・レーザビームを生成するためのパルスレーザを設けるステップと、
・−インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に−スケール本体のピッチ（Ｐ）の半分よりも小さい幅（Ｂ２３）を有する散乱領域（２３）が、直線状の少なくとも２つの凹部から形成されるように、金属表面をレーザのレーザビームで照射するステップとを有する当該方法。
【請求項１８】
前記方法は、以下の：
・ほぼ円い第１番目の１つの窪み部が形成されるように、前記金属表面を第１番目の１つのレーザパルスの期間中に前記レーザビームで照射するステップと、
・ほぼ円い別の１つの窪み部が、新しい１つの移動位置で形成されるように、前記レーザビームを前記長手方向に対して直角に移動させ、前記金属表面を第２番目の１つのレーザパルスで照射するステップをさらに有し、
直線状の少なくとも２つの凹部のうちの１つの、前記インクリメンタルトラックの長手方向に対してほぼ直角に配向されている凹部が形成されるように、当該ほぼ円い複数の窪み部が重なり合うように、前記レーザビームが、当該個々のパルス間ごとに前記インクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に移動される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザビームは、ほぼ円い１つのビーム束を有し、当該ほぼ円い複数の窪み部が、３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの直径を有するように選択される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザビームは、当該金属表面の照射前に、直線状の少なくとも２つの開口部を有する１つのマスキング要素を経由して誘導され、
少なくとも１つの散乱領域が、直線状の少なくとも２つの凹部から形成されるように、当該直線状の開口部の像が、前記レーザビームによって前記金属表面上に結像される請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
当該レーザは、当該直線状の複数の凹部が約０．５μｍの深さを有するような出力で稼働される請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
当該レーザは、約６０ｋＨｚのパルス周波数で稼働される請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項１の上位概念に記載のインクリメンタルエンコーダ用のスケール本体に関する。さらに、本発明は、このようなスケール本体を金属表面上に形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これに応じて、本発明は、特に、長手方向に交互に配置された複数の散乱領域と複数のミラー領域とを有する少なくとも１つのインクリメンタルトラック２０を備えるスケール本体に関する。当該少なくとも１つのインクリメンタルの当該複数の散乱領域はそれぞれ、入射光を拡散反射させるように形成されているほぼ円い複数の窪み部を有する。これに対して、当該少なくとも１つのインクリメンタルトラックの当該複数のミラー領域は、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有する。当該スケール本体は、当該複数の散乱領域のうちの１つの散乱領域の幅と、当該複数のミラー領域のうちの１つのミラー領域の幅との和から得られる１つのピッチをさらに有する。換言すれば、当該スケール本体は、周期的である。この場合、当該スケール本体の周期長さが、ピッチとして規定されている。
【０００３】
当該ピッチと関連してさらに言及すると、一般に、当該ピッチは、当該スケール本体に対して移動するために使用されるセンサ装置の幾何構造によって決定される。所定のセンサの場合、当該ピッチは、スケール本体の定数である。したがって、当該散乱領域の幅及び当該ミラー領域の幅だけが、或る程度まで変更され得る。
【０００４】
このようなスケール本体の原理は、従来の技術から公知である。このようなスケール本体は、特にインクリメンタルエンコーダで使用される。当該インクリメンタルエンコーダは、位置の変化を（リニア式に）又は角度の変化を（ロータリー式に）検出するためのセンサである。当該センサは、距離及び方向又は角度変化及び回転方向を検出し得る。インクリメンタルエンコーダの当該公知のスケール本体は、周期的に繰り返される複数の散乱領域を有する。これらの散乱領域は、当該位置の変化を検出するためにセンサ装置によって選択される。
【０００５】
すなわち、複数のライン要素から構成される複数の散乱領域を有する金属製のスケール本体が、例えば独国特許第２５１５５７４号明細書から公知である。これらのライン要素は、平行で、幅が狭く、深さが浅いものである。この場合、１つの散乱領域の複数のライン要素が、可視光で個々に識別できるのではなくて、当該複数のライン要素の回折パターンだけによって識別可能であるように、これらのライン要素の幅及び深さが設計されている。換言すれば、独国特許第２５１５５７４号明細書から公知のそれぞれの散乱領域は、直接に並んで配置された直線状の複数の凹部（ライン要素）から構成され、マイクロメーターオーダーの幅（特に、０．５〜１．５μｍ）と１．５μｍ未満である深さとを有する。したがって、当該深さは、光の波長オーダーにあり、当該公知のスケール本体が、照射方法で当該光によって（例えば、光電顕微鏡の下で）照射される。
【０００６】
独国特許第１０２００７００７３１１号明細書から明らかなように、光ビームが、照射方法でコリメータによって反射式のスケール本体を有する表面上へ偏向される。その結果、当該表面又は当該スケール本体が、ほぼ平行にコリメートされた光で照射される。この場合、当該光は、当該表面の法線に対して或る（入射）角度を成して入射する。この場合、当該スケール本体は、回折する位相格子パターンによって直線格子としてパターン形成されている複数のパターン領域と、滑らかな（反射）表面によってそれぞれ形成されている複数の非パターン領域とを有する。この場合、或る回折次数の回折光が、当該スケール本体から垂直に離れるように、光が、複数のパターン領域内の当該回折する位相格子パターンで回折されるように、特に、当該表面上に入射する光の入射角度が選択されている。この状況下では、当該複数の非パターン領域上に入射する光がそれぞれ、当該表面で反射する。その結果、当該光は、当該表面の法線に対して当該入射角度に等しい出射角度を成して当該複数の非パターン領域（以下では、「ミラー領域」とも記される）から離れる。このとき、当該表面に対してほぼ垂直に当該複数のパターン領域で回折された光が、１つのセンサ装置の複数の光センサ上に結像される。この場合、特に、当該複数の非パターン領域（ミラー領域）で反射した光が、このセンサ装置のこれらの光センサによって検出されないように、このセンサ装置は配置されている。したがって、このセンサ装置を使用すると、当該複数のパターン領域が、明るい領域として検出可能であり、当該複数の非パターン領域（ミラー領域）が、暗い領域として検出可能である。このセンサ装置が、インクリメンタルトラックに沿って移動すると、このセンサ装置は、特に当該複数のパターン領域で回折された光を検出する（パターン領域の暗い領域の測定）。当該複数のパターン領域と当該複数の非パターン領域（ミラー領域）とは、それぞれ互いに連続して列を成して配置されていて、一緒に１つのインクリメンタルトラックを形成する。この場合、当該複数のパターン領域は、一定の間隔で配置されていて、当該複数のミラー領域によって互いに分離される。それ故に、それぞれ１つの所謂マークが、当該それぞれのパターン領域によって形成される。この場合、このセンサ装置が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に当該複数のマークに対して移動するときに、当該インクリメンタルトラックのそれぞれのマークがカウントされ、周期的に変化するセンサ信号に変換され得る。当該周期的なセンサ信号は、当該スケール本体に沿った移動量を計算するために計算装置によって使用され得る。当該センサ信号は、当該インクリメンタルトラックの長手方向へのこのセンサ装置の移動時に周期的に変化するので、当該インクリメンタルトラックの長手方向へのこのセンサ装置の移動時に、このセンサ装置の異なる位置で、当該それぞれのセンサ信号を測定すること、すなわち当該センサ信号に対する異なる測定値を、このセンサ装置の異なる位置に割り当てることが可能である。最終的に、当該インクリメンタルトラックに対するこのセンサ装置の予め設定されている異なるそれぞれの位置に割り当てられている当該センサ信号に対する異なる複数の測定値間の補間が、（このセンサ装置の当該予め設定されている複数の位置のうちのそれぞれ２つの位置間の）このセンサ装置の任意の１つの位置の算定を高い精度で可能にする。当該センサ信号を増大させるため、当該スケール本体を並んで配置されている異なる２つの光源からの光で照射することが可能である。その結果、異なる２つの方向からの光が、（それぞれ当該表面の法線に対して或る角度を成して）当該表面又は当該スケール本体を上に当たる。
【０００７】
上記のスケール本体は、例えば被加工物及び／又は工具を、例えば工作機械又は任意の処理システムで高い精度で直線移動させるために使用され得る。この場合、当該スケール本体を製造するため、多くの場合に、複数の散乱領域が、マーキング可能な層の高反射性の表面、例えば高反射性の金属表面内に形成される。換言すれば、この場合、当該金属表面の内部の複数の散乱領域を提供するため、当該高反射性の表面が、例えばレーザビームのような高エネルギービームによって部分的に凸凹にされる。このため、従来の技術では、当該複数の散乱領域を直線状の複数の凹部によって当該金属表面に形成することが提唱される。詳しく言うと、この場合、当該金属表面が、高エネルギーのレーザ放射光を成す短い複数のレーザインパルスによって溶融され、蒸発によって部分的に除去される。これにより、入射光を拡散反射させるように形成されている複数の凹部が形成される。
【０００８】
このため、１つの基板と１つのマーキング可能な１つの層とから構成される１つのマーキングキャリアを設けることが、例えば独国特許出願公開第１９６０８９３７号明細書から公知である。この場合、スケール本体を製造するため、当該マーキング可能な層の高反射性の表面が、高エネルギーの放射光によって部分的に凸凹にされる。この場合、特に、当該マーキング可能な表面が、短い複数のレーザインパルスによって約２０ナノ秒の期間に溶融される。当該表面は、その後の当該インパルスの停止期間中に即座に再凝固する。
【０００９】
しかしながら、当該従来の技術から公知のスケール本体には、当該センサ装置によって検出されたセンサ信号が、多くの場合に弱いコントラストしか有しないという欠点がある。すなわち、１つの散乱領域の走査によって発生したセンサ信号と、１つのミラー領域の走査によって発生したセンサ信号とが、比較的少ししか区別が付かず、これに応じて比較的小さい違い（コントラスト）しか有しない程度に、当該センサ装置は、当該複数の散乱領域と当該複数のミラー領域とをそれぞれ走査することによってセンサ信号を生成する。その結果、同様に、個々の散乱領域が、十分に識別されず、当該スケール本体に対するセンサ装置の移動が、不十分に検出されることになる。さらに、当該従来の技術から公知のスケール本体の場合、当該スケール本体での反射によって得られるセンサ信号が、非常に低い補間精度を有することが、問題点としてみなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許第２５１５５７４号明細書
【特許文献２】独国特許第１０２００７００７３１１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９６０８９３７号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第２３８１２２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の問題点に起因して、本発明の課題は、当該センサ信号のコントラストが簡単に最適化され得るスケール本体を提供することにある。さらに、可能な限り良好に補間可能なセンサ信号が、当該スケール本体によって生成され得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の：
インクリメンタルエンコーダ用のスケール本体（１０）であって、
前記スケール本体（１０）は、長手方向（Ｘ）に交互に配置された複数の散乱領域（２３）と複数のミラー領域（２４）とを有する１つのインクリメンタルトラック（２０）を備え、
前記散乱領域（２３）は、直線状のそれぞれ少なくとも２つの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）を有し、これらの凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）は、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に対してほぼ直角に延在し、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に連続して列を成して配置されていて、入射光を拡散反射させるように形成されていて、
前記インクリメンタルトラック（２０）の前記ミラー領域（２４）は、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有し、
前記インクリメンタルトラック（２０）は、前記複数の散乱領域（２３）のうちの１つの散乱領域（２３）の幅（Ｂ２３）と、前記複数のミラー領域（２４）のうちの１つのミラー領域（２４）の幅（Ｂ２４）との和から得られる１つのピッチ（Ｐ）をさらに有する当該スケール本体（１０）において、
各散乱領域（２３）が、前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に、前記ピッチ（Ｐ）の半分よりも小さい１つの幅（Ｂ２３）を有し、
１つの散乱領域（２３）の当該直線状の複数の凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）のうちのそれぞれ２つの凹部が、当該１つの散乱領域（２３）の互いに対向している複数の外側部分（Ａｓ１，Ａｓ２）に配置されていて、前記１つの散乱領域（２３）の前記幅（Ｂ２３）を前記インクリメンタルトラック（２０）の長手方向（Ｘ）に限定すること、及び
複数の前記凹部（２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５）間のそれぞれの領域が、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有することによって解決される。
【００１３】
当該スケール本体は、長手方向に交互に配置された複数の散乱領域と複数のミラー領域とを有する１つのインクリメンタルトラックを備える。この場合、当該散乱領域は、直線状のそれぞれ少なくとも２つの凹部を有する。これらの凹部は、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対してほぼ直角に延在し、当該インクリメンタルトラックの長手方向に連続して列を成して配置されていて、入射光を拡散反射させるように形成されている。この場合、当該インクリメンタルトラックの当該ミラー領域は、入射光をミラー反射させるように形成されているほぼ滑らかな表面を有する。この場合、当該インクリメンタルトラックは、（当該インクリメンタルトラックの長手方向の）当該複数の散乱領域のうちの１つの散乱領域の幅と、（当該インクリメンタルトラックの長手方向の）当該複数のミラー領域のうちの１つのミラー領域の幅との和から得られる１つのピッチをさらに有する。
【００１４】
さらに、各散乱領域が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に、当該ピッチの半分よりも小さい１つの幅を有する。この場合、１つの散乱領域の当該直線状の複数の凹部のうちのそれぞれ２つの凹部が、当該１つの散乱領域の互いに対向している複数の外側部分に配置されていて、当該１つの散乱領域の当該幅を当該インクリメンタルトラックの長手方向に限定する。
【００１５】
本発明のスケール本体には、当該複数のミラー領域の当該幅に対して当該複数の散乱領域の当該幅を減少させることによって、当該コントラストが著しく向上され得るという利点がある。特に、当該複数の散乱領域の当該幅内を小さくすることによって、主に拡散反射光が、このために設けられているセンサ装置の光センサ上に結像される。これに対して、隣接したセンサ領域は、小さい散乱領域の場合に弱くしか照射されない。これにより、当該センサ信号のコントラストが、明らかに向上される。
【００１６】
本発明のスケール本体の第１のさらなる構成によれば、当該散乱領域の当該直線状の少なくとも２つの凹部がそれぞれ、互いに重なり合って配置されている、ほぼ円い複数の窪み部から形成されていることが提唱されている。換言すれば、当該複数の散乱領域が、互いに重なり合って結合していて、直線状の複数の凹部を一緒に形成するほぼ円い複数の窪み部から形成される。
【００１７】
当該スケール本体の円い複数の窪み部が、明らかに完全に円い形を有しないことが、表現「ほぼ円い複数の窪み部」によって表記される。当該「ほぼ円い複数の窪み部」は、特に、当該複数の窪み部が、後で方法に関連して詳しく説明するように、レーザインパルスによって形成されることに起因する。したがって、明らかに、当該複数の窪み部の形は、金属表面の特性及びレーザの特性並びに周囲条件に強く依存する。したがって、楕円の窪み部及び少し角ばった窪み部も、この表現によって表記される。このため、重なり合って配置された円い複数の窪み部によって形成される直線状の複数の凹部が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対して常に完全に直角に整列され得ない。したがって、表現「ほぼ直角の直線状の複数の凹部」も、僅かな偏差が、異なる出力条件に起因して、当該垂直の複数の凹部の形成時に、本発明のスケール本体の許容範囲内で存在することを意味する。
【００１８】
円い複数の窪み部から成る当該直線状の複数の凹部の特別な構成によって、入射光の拡散反射が、主に当該インクリメンタルトラックの長手方向に限定される。これに応じて、非常に信頼できるセンサ信号が、当該スケール本体によって生成され得、隣接したセンサ領域内への光学信号のクロストークが、効果的に阻止され得る。
【００１９】
別の構成によれば、当該ほぼ円い複数の窪み部が、少なくとも７５％まで重なり合うことが提唱されている。詳しく言うと、このことは、それぞれの円い窪み部の面積の少なくとも７５％が、その隣の窪み部と共有することを意味する。すなわち、当該個々の窪み部の面積の少なくとも７５％に相当する境界部分が、隣接した２つの窪み部間に形成される。最後に、この点で注目すべきは、本発明のスケール本体の当該直線状の複数の凹部は、当然に、上記のほぼ円い複数の窪み部から形成される必要はない点である。むしろ、これらの凹部は、連続する複数の溝として形成されてもよい。当該直線状の複数の凹部が、当該ピッチの半分よりも大きくない１つの幅を有する複数の散乱領域を形成することだけが重要である。
【００２０】
さらに、光を十分に活用するためには、当該複数の散乱領域の幅が、最小値を下回ってはならないことが確認された。これに応じて、本発明のスケール本体の別の観点にしたがって、当該複数の散乱領域の幅が、当該ピッチの幅の１０％よりも大きいことが提唱されている。換言すれば、当該散乱領域が、特に、当該ピッチの幅の１０％〜５０％にある１つの幅を有することが確認された。非常に良好な結果は、特に、当該散乱領域が、当該ピッチの３０％〜４５％、特に当該ピッチの３５％〜４０％、特に当該ピッチの約３８％に相当する１つの幅を有するときに達成される。
【００２１】
周期的なスケール本体の場合、当該スケール本体の周期長さは、一般にピッチとして規定されている。したがって、本発明のスケール本体のインクリメンタルトラックの当該周期長さは、既に上述したように、（当該インクリメンタルトラックの長手方向の）当該散乱領域の幅と、（当該インクリメンタルトラックの長手方向の）当該ミラー領域の幅との和から得られる。別の実施の形態によれば、平行に隣接した直線状の２つの凹部間の間隔は、零よりも大きい、すなわち当該直線状の複数の凹部が、互いに境を接していない。さらに、当該直線状の複数の凹部の間隔は、これに応じて、当該インクリメンタルトラックの長手方向に、当該直線状の複数の凹部の１つの幅の２倍を除いた当該ピッチの半分よりも小さいことが提唱されている。当該スケール本体によって達成可能なコントラストが、当該平行に隣接した直線状の複数の凹部間の間隔を保持することによってさらに向上される。
【００２２】
既に上述したコントラストの向上は、当該センサ装置によって生成されたセンサ信号の補間精度にとって必要不可欠である。しかしながら、当該センサ信号の補間精度が、当該複数の散乱領域の幅の増大する減少によって常に問題になることが予想外に確認されている。予め設定されている数の直線状の凹部をそれぞれ有する複数の散乱領域が、当該インクリメンタルトラックの長手方向への当該センサ装置の移動ごとに、当該センサ装置のそれぞれの位置に応じて変化するセンサ信号を生成することが分かっている。この場合、当該センサ信号のそれぞれの変化は、当該インクリメンタルトラックの長手方向の当該直線状の複数の凹部の幅及び／又は隣接した直線状の２つの凹部間の間隔にも依存することが実証されている。
【００２３】
したがって、例えば、予め設定されているピッチを有するインクリメンタルトラックの場合には、このインクリメンタルトラックの長手方向の当該複数の散乱領域の幅を減少させることによって、当該センサ装置のセンサ信号が、１つの散乱領域とこの散乱領域に隣接した１つのミラー領域との間のより大きいコントラストを有することが達成される。すなわち、予め設定されているピッチの場合に、当該複数の散乱領域の幅が減少すると、１つの散乱領域の走査によって発生した１つのセンサ信号と、１つのミラー領域の走査によって発生した１つのセンサ信号との差が、大きくできる。コントラストのこの増大は、当該複数の散乱領域で拡散する反射光をより大きい測定精度で検出することを可能にする。しかしながら、当該拡散反射光が、いずれにしても均一又は不均一に分布して当該センサ装置上に当たるように、１つの散乱領域上に入射する光が、当該それぞれの散乱領域の直線状の複数の凹部で拡散反射されることが分かっている。この場合、当該拡散反射光の（空間）強度分布の均一性又は不均一性の程度が、様々なパラメータ、特に当該インクリメンタルトラックの長手方向の直線状の複数の凹部のそれぞれの幅及び／又は隣接した直線状の２つの凹部間の間隔によって決まることが分かっている。
【００２４】
以下でさらに詳しく説明するように、当該インクリメンタルトラックのピッチが予め設定されている場合は、一方では、当該センサ装置のセンサ信号が、１つの散乱領域とこの散乱領域に隣接する１つのミラー領域との間に比較的大きいコントラストを示し、しかし他方では、１つの散乱領域で拡散する反射光の（空間）強度分布が、比較的大きい不均一性を有し得るように、当該インクリメンタルトラックの長手方向の複数の領域、当該インクリメンタルトラックの長手方向の直線状の複数の凹部の幅及び／又は隣接した直線状の２つの凹部間のそれぞれの間隔が選択され得る。この場合に、当該センサ信号が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に移動すると、当該センサ装置が、当該センサ装置の位置に応じて周期的に変化する信号を生成する。この場合、当該信号の変化は、当該センサ装置の位置の関数として−１つの散乱領域で拡散する反射光の強度分布の比較的大きい不均一性に起因して−（当該インクリメンタルトラックに対する当該センサ装置の位置の関数としての）正弦波状の変化から比較的大きく外れ得る。正弦波状の変化と、当該センサ装置によって生成された信号の変化との偏差が、当該インクリメンタルトラックに対する当該センサ装置の予め設定されている異なる複数の位置に対して測定された異なる複数のセンサ信号間の正確な補間を困難にする。これは、当該センサ装置の予め設定されている２つの位置に割り当てられている、当該センサの対応する２つの信号間の、当該センサによって生成された１つの信号の補間によって、当該センサ装置の予め設定されている２つの位置間の当該センサ装置の任意の１つの位置を正確に測定することを困難にする。実験は、１つの散乱領域の隣接した直線状の２つの凹部間のそれぞれの間隔が、比較的小さい（すなわち、例えば０μｍに近づく）場合に、１つの散乱領域で拡散する反射光の（空間）強度分布が、特に比較的大きい不均一性を有し得ること（これに応じて、当該センサ装置の信号の補間精度が、非常に大きく損なわれ得る）ことを示している。
【００２５】
この効果を補正するため、本発明のスケール本体の別の構成にしたがって、当該複数の散乱領域が、平行で直線状のそれぞれ少なくとも３つの凹部を有し、これらの凹部は、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に整列されていることが提唱される。この場合、当該平行で直線状の３つの凹部は、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７．５μｍの間隔で離間されている。
【００２６】
１つの散乱領域の隣接した直線状の２つの凹部間の間隔を６μｍ〜９μｍに大きくした場合に、当該１つの散乱領域で拡散する反射光が、比較的均一である空間強度分布を有するように、当該平行で直線状の少なくとも３つの凹部で拡散する反射光が重なり合うことが予想外に分かっている。これには、（当該センサ装置の予め設定されている２つの位置間の当該センサ装置の任意の１つの位置に対する）当該センサ装置の複数の信号の正確な補間が簡単になるという利点がある。
【００２７】
当該それぞれの直線状の凹部は、−当該インクリメンタルトラックの長手方向に−３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの１つの幅を有し得る。したがって、当該インクリメンタルトラックの長手方向の直線状の複数の凹部のうちの１つの凹部の幅と、隣接した直線状の２つの凹部間の間隔とは、特に、当該インクリメンタルトラックを光学式に走査するために使用され得る可視光の波長よりも複数倍だけ大きくし得る。この状況下では、本発明は、好ましくは、平行で直線状のそれぞれ少なくとも３つの凹部を有する複数の散乱領域の周期的な配置と、例えば１メートルよりも大きい、比較的大きい長さとを備える１つのインクリメンタルトラックを実現することを可能にする。
【００２８】
この代わりに又はこれに加えて、当該複数の散乱領域が、短くされた直線状のそれぞれ少なくとも１つの、直線状の少なくとも１つの別の凹部の第２長さ（Ｌ２）よりも短い第１長さを有する凹部を備えることによっても、当該複数の散乱領域に沿った拡散反射光の均一な強度分布が生成され得る。換言すれば、当該複数の散乱領域を形成している当該直線状の複数の凹部が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に異なる複数の長さを有する。特に、当該短くされた直線状の凹部は、当該散乱領域の中央に存在する一方で、外側に存在する直線状の複数の凹部は、短くされていない第２長さを有する。この構成の結果、特に、当該散乱領域の中央内の光強度が、当該散乱領域の縁領域よりも通常通りに大きく低下することが分かる。
【００２９】
この場合、上記の短くされた直線状の少なくとも１つの凹部は、例えば、当該直線状の少なくとも１つの別の凹部に対して短くされた１つの開始領域及び１つの終了領域を有する。これに応じて、当該短くされた直線状の少なくとも１つの凹部は、依然として当該第１インクリメンタルトラックの長手軸に沿って整列されているものの、その他の直線状の凹部に対して短くされた長さを有する。この代わり又はこれに加えて、当該直線状の少なくとも１つの別の凹部に対して短くされた当該直線状の少なくとも１つの凹部は、特に中央の１つの自由空間を有し、当該中央の自由空間は、当該短くされた直線状の凹部の１つの開始領域と１つの終了領域との間の遮断部分を形成することも考えられる。換言すれば、当該短くされた直線状の凹部は、この観点にしたがって２つの凹部に分割されていて、中央の１つの自由空間を有する。したがって、当該短くされた直線状の凹部は、当該インクリメンタルトラックの上方の端部領域と下方の端部領域とだけに存在する。
【００３０】
別の実施の形態によれば、本発明のスケール本体は、１つの基準トラックをさらに有する。この基準トラックは、当該第１インクリメンタルトラックと並んで平行に配置されている。この場合、当該基準トラックは、当該スケール本体に沿った１つの測定ヘッドの絶対位置を特定するように形成されている。このため、当該基準トラックは、長手方向に交互に配置された複数の基準散乱領域と複数のミラー領域とを有し得る。当該第１インクリメンタルトラックに関連して既に説明したように、当該基準トラックの複数の基準散乱領域もそれぞれ、直線状の複数の凹部を有し得る。これらの凹部は、入射光を拡散反射させるように形成されている。さらに、当該基準トラックの複数のミラー領域も、ほぼ滑らかな表面を有し得る。任意の１つの場所の当該測定ヘッドのそれぞれの絶対位置を測定するため、例えば、当該基準トラックの特定の１つの基準マーク（基準散乱領域）に対する当該測定ヘッドの（当該第１インクリメンタルトラックによって測定される）相対位置の変化が測定され得る。したがって、当該インクリメンタルエンコーダは、当該基準トラックによって、当該測定ヘッドの位置の変化だけではなくて、その絶対位置も検出する。
【００３１】
既に説明したように、本発明のスケール本体は、特に、光学式のインクリメンタルエンコーダに関連させて使用するように構成されている。このような光学式のインクリメンタルエンコーダは、本発明の少なくとも１つのスケール本体と、当該スケール本体の少なくとも１つのインクリメンタルトラックを光学式に走査するように構成されている１つのセンサ装置とを有する。
【００３２】
この場合、当該インクリメンタルエンコーダの少なくとも１つのセンサ装置は、当該スケール本体に対して移動可能な１つの、当該インクリメンタルトラックの像を生成するための光学式の１つの撮像装置と当該像を検出するための複数の光センサとを有する測定ヘッドを備える。当該センサ信号の補間精度をさらに改良するため、当該光センサが、当該像の検出時に正弦波状の出力信号を生成するように、特に当該センサ装置は構成され得る。このため、当該センサ装置の撮像装置が、例えばほぼ楕円の走査窓を有し得る。この代わりに、当該センサ装置の当該光センサが、正弦波状の出力信号を生成するために、ほぼ楕円のセンサ面を有することも考えられる。本発明のスケール本体と上記のセンサ装置との協働によって、当該センサ信号の、コントラストと補間精度との間の非常に有益な関係が得られる。当該関係は、図面に関連させて後で詳しく説明する。
【００３３】
既に上述したように、以下の発明は、本発明のスケール本体を金属表面上に形成するための方法にも関する。
【００３４】
本発明の方法は、レーザビームを生成するためのパルスレーザを設けるステップを有する。当該スケール本体のピッチの半分よりも小さい１つの幅を有する１つの散乱領域が、直線状の少なくとも２つの凹部から形成されるように、当該金属表面が、当該レーザを用いてレーザビームで照射される。
【００３５】
当該方法の改良された第１のステップにしたがって、当該金属表面が、特に第１番目の１つのレーザパルスの期間中に当該レーザビームで照射される。この場合、ほぼ円い第１番目の１つの窪み部が、当該金属表面上に形成されるように、当該レーザビームが生成されている。このため、当該レーザビームは、少なくとも１つのインクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に移動される。当該レーザビームの移動は、特に、当該金属表面の照射中に連続して実行される。ほぼ円い別の１つの窪み部が、別の１つのレーザパルスによって当該インクリメンタルトラックに対して直角にシフトされた別の１つの移動位置で形成される。レーザスキャンとしても既知のこの工程は、例えば移動可能なミラーによって実行され得る。この場合、ほぼ直線状の１つの凹部が形成されるまで、当該ミラーは、直角に移動される。次いで、直線状の１つの第２凹部が、同様に形成される。その結果、当該ピッチの半分以下である幅を有する１つの散乱領域が形成される。この場合、例えば、約６００個のパルスが、約１ｍｍの長さを有する直線状の１つの凹部のために提供され得る。
【００３６】
当該レーザビームは、ミラー及び／又は金属表面の移動によって個々のパルス間ごとに当該少なくとも１つのインクリメンタルの長手方向に対して可能な限り垂直に移動される。その結果、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対してほぼ直角に整列されている直線状の少なくとも２つの凹部が形成されるように、ほぼ円い複数の窪み部が重なり合う。
【００３７】
当該レーザビームは、例えば、或る直径を成すほぼ円い１つのビーム束を有し得る。当該ほぼ円い複数の窪み部が、３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの直径を有するように、当該直径は選択される。この場合、当該レーザは、ほぼ円い複数の窪み部を約０．５μｍの深さで形成するために十分である出力で稼働され得る。詳しく言うと、当該ほぼ円い複数の窪み部が、当該インクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に連続して又は隣接して配置されている場合に、当該ほぼ円い複数の窪み部のうちのそれぞれ２つの窪み部が、重なり合うことを保証するため、当該ほぼ円い複数の窪み部の複数の中心点が、０．１μｍ〜１０μｍの間隔で配置され得る。
【００３８】
当該ほぼ円い複数の窪み部のうちの少なくとも７５％が、重なり合うように、当該レーザビームが移動されるときに、当該直線状の複数の凹部が、非常に有益な反射特性を有することが確認された。
【００３９】
当該インクリメンタルトラックの長手方向に対して直角に当該レーザビームを移動させる代わりに、別の実施の形態にしたがって、当該レーザビームが、当該金属表面の照射前に、直線状の少なくとも２つの開口部を有する１つのマスキング要素を経由して誘導されることが提唱され得る。これに応じて、少なくとも１つの散乱領域が、直線状の少なくとも２つの凹部から形成されるように、当該直線状の開口部の像が、当該レーザビームによって当該金属表面上に結像される。換言すれば、１つの散乱領域の当該直線状の複数の凹部が、この構成にしたがって特に同時に形成され得る。この場合、当該散乱領域の当該直線状の少なくとも２つの凹部が、約０．５μｍの深さと、６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの幅とを有するまで、当該レーザビームが、当該マスキング要素を経由して当該金属表面上に向けられる。
【００４０】
以下に、本発明のスケール本体及び対応する方法を、図面に示された実施の形態に基づいて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】従来の技術から公知の透過光を測定するためのセンサ装置を有するスケール本体を概略的に示す。
【図１ｂ】図１ａに示されたセンサ装置のセンサ面の平面を概略的に示す。
【図１ｃ】センサ装置がスケール本体の長手方向に移動するときの、図１ｂによるセンサ面上の照射強度と、このセンサ装置の位置の関数としてこのセンサ面上で発生するセンサ信号とを概略的に示す。
【図１ｄ】従来の技術から公知のスケール本体を概略的に示す。
【図１ｅ】図１ｄによるスケール本体を使用するときの、図１ａによるセンサ装置のセンサ面上の照射強度を概略的に示す。
【図２ａ】本発明のスケール本体の第１の実施の形態の平面を概略的に示す。
【図２ｂ】図２ａに示されたスケール本体の第１の実施の形態の平面を概略的に示す。
【図３】散乱領域の幅に対するコントラストの変化を示すグラフである。
【図４】本発明のスケール本体の第２の実施の形態の平面を概略的に示す。
【図５ａ】直線状の１つの凹部を有する散乱領域での光の拡散反射を概略的に示す。
【図５ｂ】（図４によるスケール本体で実現されるような）直線状の３つの凹部を有する散乱領域での光の拡散反射を概略的に示す。
【図５ｃ】図４によるスケール本体を使用するときの、図１ａによるセンサ装置のセンサ面上の照射強度を概略的に示す。
【図６】本発明のスケール本体の第３の実施の形態を概略的に示す。
【図７】本発明のスケール本体の第４の実施の形態を概略的に示す。
【図８】本発明のスケール本体の第５の実施の形態を概略的に示す。
【図９ａ】金属表面上にスケール本体を形成するための本発明の方法の第１の実施の形態を遠近法によって示す。
【図９ｂ】金属表面上にスケール本体を形成するための本発明の方法の第２の実施の形態を遠近法によって示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の図面の詳しい説明では、分かりやすさの理由から、同じか又は同様に作用する部材を同じ符号で示す。
【００４３】
最初に、図１ａ〜１ｅを参照して従来の技術から知られた問題点を指摘する。詳しく言うと、透過光測定用のスケール本体１３０が、図１ａから見て取れる。この場合、スケール本体１３０は、特に縦長の複数の透過性領域１３１を有する。これらの透過性領域１３１は、平行に並んで配置されていて、複数の非透過性領域１３２によって互いに分離されている。第１光ビーム１１０が、スケール本体１３０の透過性領域１３１を透過して入射する一方で、第２光ビーム１２０が、スケール本体１３０の非透過性領域１３２によって遮蔽されるように、透過光型のスケール本体１３０は、図示されたように下から照射される。したがって、図１ｃに示された光の矩形波の強度分布２００が、センサ装置１０１のセンサ１０２で得られる。
【００４４】
詳しく言うと、光ビーム１１０が、センサ装置１０１の撮像装置１０４によってセンサ面１０２上に結像される。図１ｂに示された照射パターンが、センサ面１０２上に発生する。図１ｂは、長方形の透過性領域１３１を透過してセンサ面１０２上に発生する照射パターンを一例として示す。この場合、特に、長方形の照射領域１１１が発生する。第１光ビーム１１０が、当該照射領域１１１でセンサ面１０２上に当たる。センサ面１０２は、ほぼ楕円形の複数の光センサ１０３を有する。これらの光センサは、スケール本体１３０に沿った当該センサの移動によって照射領域１１１を横切る。センサ装置１０１が、スケール本体１３０に対して図１ａに示された矢印の方向に移動すると、当該楕円形の光センサ１０３が、照射領域１１１に対して（例えば、図１ｂに示された矢印の方向に）移動する。
【００４５】
上記のほぼ長方形の照射領域１１１を用いた楕円形の光センサ１０３の照射によって、図１ｃに示された正弦波状のセンサ信号２０１が、センサ装置１０１の出力部で発生する。このプロセスは、楕円形の光センサ１０３による矩形波の光信号２００の畳み込みに相当する。これにより、正弦波状のセンサ信号２０１が発生する。この場合、図１ｃは、センサ信号２０１を、スケール本体１３０の長手方向、すなわち図１ｂに示された矢印の方向のセンサ装置１０１の移動時のセンサ装置１０１の位置の関数として示す。この場合、センサ装置１０１の位置が、水平方向にプロットされていて、センサ信号２０１が、垂直方向にプロットされている。
【００４６】
従来の技術から知られた照射光型のスケール本体１が、図１ｄによる記載から概略的に見て取れる。既に上述したように、従来のスケール本体１は、長手方向Ｘに交互に配置された複数の散乱領域３と複数のミラー領域４とを有する少なくとも１つのインクリメンタルトラック２を備える。この場合、散乱領域３は、直接に並んで配置された直線状の複数の凹部５から構成される。これらの凹部５は、入射光を拡散反射させるように形成されている。換言すれば、散乱領域３の表面が、直線状の複数の凹部５によって凸凹にされる。これにより、当該表面は、ミラー反射するのではなくて、拡散する反射特性を有する。これとは反対に、ミラー領域４は、入射光をミラー反射させるように形成されている滑らかな（金属の）表面である。これに応じて、角度αを成して入射する複数の光ビームが、ミラー領域４によって同じ角度αを成して反射される（入射角＝出射角）。これとは反対に、散乱領域３上に当たる当該複数の光ビームは、直線状の複数の凹部５によって拡散散乱される。
【００４７】
図１ｅは、長手方向Ｘに沿って図１ａによるセンサ装置１０１のセンサ面１０２上の散乱領域３での反射の暗視野測定時に測定可能である強度分布を示す。図１ｅの場合には、１つの散乱領域３当たりの直線状の複数の凹部５の数はそれぞれ８つであると（一例として）想定されている。図１ｅでは、符号５′で示された複数の水平線が、センサ面１０２上の複数の領域を示す。これらの領域は、複数の凹部５のそれぞれ１つの光結像部分に相当する。この光結像部分は、センサ装置１０１の撮像装置１０４によってセンサ面１０２上に生成可能である。この場合、各線５′は、長手方向Ｘのセンサ面１０２上の複数の凹部５のうちの１つの凹部５の１つの光結像部分の延在部分を明確に表す。図１ｅでは、符号Ｉで示されている実線が、暗視野測定時に生成された、センサ面１０２上に発生する光の強度の空間分布を示す。この場合、インクリメンタルトラック２が、（図面に示されていない）異なる２つの光源によって照射されると想定されている。当該スケール本体の片面上のインクリメンタルトラック２が、異なる２つの方向からの当該２つの光源によって、当該スケール本体の長手方向Ｘに対して垂直に且つ当該直線状の複数の凹部の横方向Ｙに対して平行に延在する面に対して対称に照射されるように、これらの光源は配置されている。この場合、２つの光源の光がそれぞれ、角度αを成して当該スケール本体上に当たるとさらに想定されている。ミラー面４で反射した光が、センサ面１０２上に当たらないように、すなわちセンサ装置１０１によって検出され得ないように、この角度αは選択されている。図１ｄから明らかなように、この例では、強度分布Ｉは、長手方向Ｘに沿った場所の関数として明確に描かれた２つの最大値を有する。（図１ａ〜１ｃに応じた）透過光型の顕微鏡とは違って、当該強度分布は、矩形波信号に決して対応しないことが、直接に認識され得る。インクリメンタルトラック２を走査するために、従来のセンサ装置１０１を利用しようとしても、（図１ａ〜１ｃによる状況とは違って）図１ｅから得られる信号を楕円形の光センサ１０３に重畳させることによっては、適切な正弦波状のセンサ信号は生成され得ないであろう。むしろ、従来のスケール本体によって達成可能なセンサ信号の補間精度は、非常に悪い。
【００４８】
これに対して、当該センサ面の、非常に高いコントラストの、特に長方形の照射を達成し得るスケール本体が、本発明によって提供される。その結果、当該センサ信号の補間精度が、本発明のスケール本体によって改良される。
【００４９】
この問題を解決する本発明のスケール本体の第１の実施の形態が、例えば図２ａ及び２ｂから見て取れる。図２ａ及び２ｂに示された本発明のスケール本体１０も、長手方向Ｘに交互に配置された複数の散乱領域２３と複数のミラー領域２４とを有する少なくとも１つのインクリメンタルトラック２０を備える。この場合、ミラー領域２４は、同様に、入射光をミラー反射させるほぼ滑らかな表面を有して形成されている。これとは反対に、散乱領域２３は、直線状の少なくとも２つ、特に４つの凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を有する。これらの凹部は、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに連続して列を成して配置されている。この場合、直線状の２つの凹部２６−１及び２６−４が、それぞれの散乱領域２３の対向する外側部分Ａｓ１又はＡｓ２に配置されている。これらの散乱領域２３のうちの１つの散乱領域２３の幅が、これらのミラー領域２４のうちの１つのミラー領域２４の幅と一緒にピッチＰによって規定される。この場合、既に上述したように、ピッチＰは、使用すべきセンサ装置によって決定される定数である。
【００５０】
詳しく言うと、図２ａに示された直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４は、ほぼ円い複数の窪み部２５によって形成されている。平行で直線状の少なくとも２つの凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４が発生するように、当該複数の窪み部２５は、重なり合って配置されている。直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４は、横方向Ｙに重なり合っている円い複数の窪み部２５によって、特にインクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対して直角に整列されている。しかしながら、本発明のスケール本体は、以下でさらに詳しく説明するように、円い複数の窪み部から構成される直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の上記の特定の構成に限定されない。むしろ、これらの凹部は、連続する複数の溝としてただ１つの作業ステップでも製造され得る（図９ｂ）。
【００５１】
図２ａにさらに示されているように、特に、散乱領域２３の幅が、ピッチＰの半分よりも小さいことによっても、本発明のスケール本体１０は、従来の技術と異なる。図１ｃに示された矩形波信号２００に非常に近づく散乱光（１３，図２ｂ）の強度分布が、このように短くした散乱領域２３によって得られる。引き続き、これに関する一例を、図４に記載の好適な実施の形態を参照して説明する。
【００５２】
さらに、少なくとも２つの凹部が存在する限り、本発明は、通常は１つの散乱領域当たりの凹部の特定の数に限定されないことも簡単に説明する。散乱領域２３の幅が、当該ピッチの５０％より大きくならない限り、当該直線状の凹部の数の上限は、同様に通常は制限されていない。
【００５３】
図２ａに示された実施の形態の長手方向Ｘの横断面が、図２ｂで認識することができる。個々の領域２３又は２４の反射作用が、この図２ｂから概略的に認識され得る。図２ｂに示されているように、この例では、２つの光源１０５−１及び１０５−２が、インクリメンタルトラック２０の個々の領域２３又は２４を照射するために設けられている。これらの光源１０５−１，１０５−２はそれぞれ、角度αを成してインクリメンタルトラック２０の領域２３又は２４上に当たる光を生成する。その結果、インクリメンタルトラック２０の領域２３又は２４が、スケール本体２０の長手方向Ｘに対して垂直に且つ直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の横方向Ｙに対して平行に延在する面に対して対称に異なる２つの方向から照射される（図２ｂでは、直線状の複数の破線が、光源１０５−１からインクリメンタルトラック２０上に入射する光に相当するそれぞれの光ビームを示し、直線状の複数の一点鎖線が、光源１０５−２からインクリメンタルトラック２０上に入射する光に相当するそれぞれの光ビームを示す）。この場合、ミラー面２４で反射した光が、センサ面１０２上に当たらないように、すなわちセンサ装置１０１によって検出され得ないように、角度αは選択されていることがさらに想定されている。詳しく言うと、ほぼ無指向性の放射光１３が、センサ装置１０１に向かって反射されるように、入射光が、散乱領域２３の直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３又は２６−４によって拡散反射される。確かに、放射光１３は、拡散しているが、それにもかかわらず優先方向を有することが、用語「ほぼ無指向性の放射光１３」によって表現される。すなわち、直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４に対して直角に、すなわちインクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに進行する拡散反射に対する優先方向が、当該凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を直線状に形成することによって得られる。これとは反対に、当該インクリメンタルトラックの横方向Ｙの当該入射する光ビームの散乱は、無視できるほど僅かである。
【００５４】
これとは違って、ミラー領域２４上に当たる複数の光ビームは、それらの入射角度（すなわち、角度α）を成してミラー領域２４の滑らかな表面から反射される。したがって、特に当該センサ信号に影響しない指向性の放射光１４が発生する。このため、センサレンズが、インクリメンタルトラック２０の照射地点の上に垂直方向に存在する。これにより、鋭角に反射した指向性の放射光１４は、当該センサに到達し得ない。拡散反射したほぼ無指向性の放射光１３だけが、当該センサ光学装置に到達し得る垂直方向の放射光成分も有する。この測定原理は、暗視野顕微鏡でも使用される。したがって、散乱領域２３の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４だけが、明るい地点として当該センサ信号によって検出される。これとは反対に、ミラー領域２４は、特に完全に暗い。すなわち、暗視野センサが、当該ミラー領域２４で光放射を検出し得ない。このようなセンサは、例えば出願の欧州特許出願公開第２３８１２２２号明細書から読み取ることができる。
【００５５】
したがって、本発明は、散乱領域２３の幅が短くされるときに、当該センサ信号のコントラスト及び補間精度が著しく改善され得るという認識に基づく。したがって、散乱領域２３が、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに、ミラー領域２４の幅以下である、すなわちピッチＰの半分以下である幅を有することが非常に有益である。図２ａは、分散領域２３の幅が、外側部分Ａｓ１，Ａｓ２に存在する直線状の２つの凹部（２６−１及び２６−４）によって限定されることをさらに示す。
【００５６】
しかしながら、散乱領域２３の幅は常に、ピッチＰの１／１０より大きくなくてはならない点に留意しなければならない。さらに、当該センサ装置の光センサが、散乱領域２３の非常に小さい構成によって十分に照射されないかもしれない。何故なら、特に、非常に小さい散乱領域２３は、一方では当該センサ信号の補間精度に不利に作用するからである。特に、本発明の散乱領域２３は、特に、ピッチＰの幅の３０％〜４５％、特に３５％〜４０％、特に約３８％に相当する幅を有しなければならないことが確認されている。これにより、当該センサ信号の最適なコントラストが保証される。
【００５７】
上記の関係では、図３によるグラフも参照のこと。図３は、散乱領域２３の幅に対する当該センサ信号のコントラストを示す。図３は、ピッチＰに対する当該散乱領域の幅を示す。ピッチＰは、当該スケール本体（インクリメンタルトラック２０）の周期（周期の長さ）であり散乱領域２３の幅とミラー領域２４の幅との和に相当する。すなわち：
Ｐ＝Ｂ２３＋Ｂ２４
が成立する。
【００５８】
この場合、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘのそれぞれの散乱領域２３の幅又はミラー領域２４の幅は、変数Ｂ２３及びＢ２４によって表されている。当該コントラストを算定する場合は、センサ装置１０１が、長手方向Ｘへのこのセンサ装置１０１の移動時に、センサ信号Ｓを生成することが基礎になる。このセンサ信号Ｓは、センサ装置１０１の位置に応じて、最大信号値Ｓｍａｘと最小信号値Ｓｍｉｎとの間でほぼ周期的に変化する。これに関係して、センサ信号Ｓの「振幅」（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／２とセンサ信号Ｓの「平均値」（すなわち、（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）／２）とから成る比が、センサ信号Ｓの「コントラスト」Ｋとして計算される。すなわち、センサ信号Ｓの「コントラスト」Ｋが、
Ｋ＝（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）
として計算される。
【００５９】
コントラストＫは、通常は０と１との間をとる。この場合、当該スケール本体の照射が遮断されるときに、センサ信号Ｓ用のセンサ装置１０１が、値０を出力するように、このセンサ装置１０１は、必要に応じて適合され得る。
【００６０】
散乱領域２３の幅が、ピッチＰの幅の約３０％に相当するときに、最大のコントラストが得られることが、図３から認識することができる。しかしながら、散乱領域２３の幅が、非常に大きく減少すると、当該センサ信号の補間精度が不利に影響を受けることが、予想外に確認されている。すなわち、散乱領域２３の幅が、非常に大きく減少すると、センサ装置１０１が、長手方向Ｘに移動するときに、このセンサ装置１０１によって生成されたセンサ信号Ｓが、（例えば、図１ｃに示された）正弦波状の変化とは大きく異なり得る変化をこのセンサ装置１０１の位置の関数として有することが分かっている。センサ信号Ｓの変化が、センサ装置１０１の位置の関数として正弦波状の変化から大きく異なる場合、センサ装置１０１の異なる複数の位置に割り当てられている、当該センサ信号の異なる複数の値間の補間が、非常に困難である。このことは、当該センサ信号の異なる複数の値間の補間によるセンサ装置１０１の位置の正確な算定を困難にする。
【００６１】
それ故に、補間精度とコントラストとの間の可能な限り最良な相関を得ることが試みられてきた。この場合、特に、散乱領域２３の幅に関して既に上述した範囲が有益であることが実証されている。詳しく言うと、散乱領域２３の幅は、特に、当該ピッチの３５％〜４０％の範囲内になければならないことが確認されている。
【００６２】
直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４に再び言及すると、これらの凹部は、零よりも大きく離間して配置されなければならない。すなわち、平行に隣接した直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４が、接触点を有しない。同時に、平行に隣接した直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の間隔が、ピッチＰの半分未満であり且つインクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘの当該直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の１つの幅の２倍であることが提唱されている。この最後の条件は、特に、散乱領域２３が、平行で直線状の少なくとも２つの凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を有し、散乱領域２３の幅が、ピッチＰの半分を超えてはならないことから得られる。
【００６３】
直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の相互の間隔と、１つの散乱領域２３当たりの直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の数とから、可能な限り最良の組み合わせを見つけるため、下記の表１に示された複数の実験がそれぞれ、１０２．５μｍのピッチＰに対して実行された。
【００６４】
【表１】
0006501785.tif 000002
【００６５】
上記の表１から読み取れるように、とりわけ、Ｖ５による実験計画が非常に有益である。何故なら、この実験計画は、当該センサ信号の比較的高いコントラストを有するからである。この場合、同時に、当該補間精度も、比較的良好な値を提供する。この好適な実施の形態の概略図が、図４に平面図として示されている。
【００６６】
短く要約すると、実験Ｖ５における散乱領域の幅は、３９μｍであった。これは、当該ピッチの幅の約３８％に相当する。それぞれ７．５μｍの間隔で相互に配置された直線状の３つの凹部が、１つの散乱領域２３ごとに設けられた。この場合、当該直線状の３つの凹部の長さは、約１ｍｍであった。この場合、これらの凹部はそれぞれ、約０．５μｍの深さと約８μｍの幅とを有する。さらに以下で、このために必要なレーザパラメータを、本発明の方法を参照してさらに詳しく説明する。
【００６７】
図４に示された実験計画Ｖ５を概略的に示すスケール本体１０の好適な第２の実施の形態は、同様に、複数の散乱領域２３と複数のミラー領域２４とに分割されているインクリメンタルトラック２０を有する。当該第２の実施の形態による散乱領域２３は、特に、直線状の３つの凹部２６−１，２６−２及び２６−３を有する。しかしながら、既に上述したように、本発明は、上記の複数の実施の形態に示された凹部の数に限定されない。
【００６８】
当該センサ信号の補間精度を最適に向上させるためには、直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３の相互の間隔Ａは、６μｍ〜９μｍ、特に７．５μｍでなければならないことが確認された。換言すれば、第２の実施の形態による散乱領域２３は、平行で直線状の少なくとも３つの凹部２６−１，２６−２，２６−３を有する。これらの凹部２６−１，２６−２，２６−３は、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対して直角に整列されていて、６μｍ〜９μｍ、特に７．５μｍの間隔Ａで互いに離間されている。
【００６９】
散乱領域２３の幅、１つの散乱領域２３当たりの直線状の凹部の数、及び１つの散乱領域２３の隣接した直線状の２つの凹部間のそれぞれの間隔Ａと関連している、ここで説明されている効果は、図５ａ〜５ｃに基づいて明確にされ得る。
【００７０】
図５ａ及び５ｂはそれぞれ、インクリメンタルトラック２０の散乱領域２３での光の拡散反射を概略的に示す。この場合、各散乱領域２３は、直線状の１つ又は複数の凹部を有する。当該複数の凹部は、１つの基板の表面Ｏ１に配置されていて、表面Ｏ１に対して平行に延在し、図４に示された直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３のようにそれぞれ形成されている。この場合、図５ａによるインクリメンタルトラック２０では、１つの散乱領域２３が、（図４と同様に）インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対してほぼ直角に延在する直線状のそれぞれ１つの凹部２６−１を有することが想定されている。これに対して、図５ｂによるインクリメンタルトラック２０では、１つの散乱領域２３が、（図４と同様に）インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対してほぼ直角に延在する直線状のそれぞれ３つの凹部２６−１，２６−２，２６−３を有することが想定されている。図５ａ及び図５ｂでは、インクリメンタルトラック２０がそれぞれ、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対して平行に、且つインクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに対して垂直に且つ直線状のそれぞれの凹部２６−１又は２６−２又は２６−３の長手方向（ｙ）に対して垂直に配向されている方向Ｚに対して平行に縦断面図で示されている。
【００７１】
さらに、図５ａ及び図５ｂの場合には、表面Ｏ１又はインクリメンタルトラック２０がそれぞれ、（図５ａ及び５ｂに示されなかった）光で均一に照射されることが想定されている。当該光は、図２ｂと同様に２つの（図５ａ及び５ｂに示されなかった）光源（図２ｂによる光源１０５−１，１０５−２に相当する光源）によって提供され、これに応じて角度α＜９０°を成して表面Ｏ１又はインクリメンタルトラック２０上に当たる。この場合、（図２ｂによる光源１０５−１，１０５−２の配置と同様に）２つの（図５ａ及び５ｂに示されなかった）光源が、表面Ｏ１と境を接する（図５ａ及び５ｂによる図では、表面Ｏ１の「上方」に広がる）半空間ＨＲ１内に表面Ｏ１又はインクリメンタルトラック２０に対して離間して配置されていることが想定されている。さらに、図２ｂによるセンサ装置１０１が、インクリメンタルトラック２０を走査するために設けられることが想定されている。この場合、図２ｂによる状況と同様に、散乱領域２３の凹部２６−１又は２６−２又は２６−３で拡散反射される光だけが、センサ装置１０１によって検出され得ることが想定されている。
【００７２】
図５ａは、−上記のように−インクリメンタルトラック２０上に入射し、直線状の１つの凹部２６−１で拡散反射される光の１つの拡散反射を概略的に示す。図５ａには、拡散反射光１３が、符号１３を有し、直線状の１つの凹部２６−１から出発する複数の矢印によって示されている。これらの矢印の方向が、当該拡散反射光のそれぞれの拡散方向を示し、これらの矢印の長さが、それぞれの拡散方向に拡散する当該反射光の（相対）強度（放射強度）を示す。図５ａが示すように、拡散反射光１３を示す当該複数の矢印の複数のピークが、曲線１３ａ上に存在する。したがって、この曲線１３ａは、直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の「放射特性」を規定する（すなわち、曲線１３ａは、拡散反射光１３の拡散方向に対する当該拡散反射光の相対強度を表す）。図５ａの曲線１３ａ又は矢印１３が示すように、当該拡散反射光は、（直線状の凹部２６−１の空間配置に起因して）図５ａに示されている方向Ｘ及びＺに対して平行に延在する面に対してほぼ平行に拡散する。図５ａの曲線１３ａ又は矢印１３がさらに示すように、拡散反射光１３は、直線状の１つの凹部２６−１から出発して当該直線状の凹部２６−１に対してほぼ垂直に拡散し、半空間ＨＲ１へ向けられている全ての拡散方向にわたって分布する。
【００７３】
図５ａの曲線１３ａ又は矢印１３がさらに示すように、直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の放射特性は、直線状の凹部２６−１の長手方向（Ｙ）に対して平行に、且つインクリメンタルトラック２０の長手方向に対して垂直に延在する面Ｅ１に対してほぼ対称である。図５ａがさらに示すように、拡散反射光１３が、方向Ｚに対してほぼ平行に伝播しないように、すなわち拡散反射光１３の相対強度が、方向Ｚで最大でないように、拡散反射光１３の相対強度は、拡散反射光１３の拡散方向の関数として変化する。むしろ、直線状の１つの凹部２６−１の放射特性は、「棍棒形」である。より正確に言うと、直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の放射特性は、主に２つの「棍棒形放射光」Ｋ１又はＫ２を有する。これらの棍棒形放射光は、面Ｅ１の対向する側で、個の面Ｅ１に対してほぼ対称に延在する（図５ａ）。したがって、当該拡散する反射光の相対強度が、面Ｅ１に対して角度β１＞０又はβ２＜０を成して傾斜されている異なる２つの拡散方向に最大値を有するように、直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３は、面Ｅ１の対向する側で２つの棍棒形放射光Ｋ１及びＫ２状に拡散する。
【００７４】
留意すべきは、直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の上記の放射特性の個々の特徴が、複数のパラメータによって影響され得る、特に、直線状の凹部２６−１の領域内の表面の性質（凹凸）、（直線状の凹部２６−１の長手方向に対して直角の横断面に対する）この直線状の凹部２６−１の輪郭、及び入射光の方向によって影響され得る点である。直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３が、図２ｂによるセンサ装置１０１によって検出される場合、（直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の上記の放射特性に起因して）センサ面１０２上で空間的に比較的非常に均一に分布する光が、センサ装置１０１の当該センサ面１０２によって検出される。当該光は、−説明したように−当該センサ信号の補間法に関して欠点である。
【００７５】
図５ｂが示すように、インクリメンタルトラック２０の各散乱領域２３が、直線状の複数の凹部を有するときに、当該拡散反射光の均一性が、明らかに改良され得る。この場合には、散乱領域２３の直線状の全ての凹部の全体で拡散反射される光の空間分布の均一性を最適化するため、隣接した直線状の２つの凹部間の距離が適切に選択（最適化）される。
【００７６】
図５ｂによるインクリメンタルトラック２０の場合には、各散乱領域２３は、（説明したように、図５ａによるインクリメンタルトラック２０とは違って）直線状の３つの凹部２６−１，２６−２，２６−３を有する。この場合、隣接した直線状のそれぞれ２つの凹部（すなわち、凹部２６−１及び２６−２又は２６−１及び２６−２）が互いに相互に、インクリメンタルトラック２０の長手方向Ｘに間隔Ａ＞０を有する。図５ｂは、−上記のように−インクリメンタルトラック２０上に当たり、直線状のそれぞれの凹部２６−１，２６−２，２６−３で拡散反射される光の拡散反射を概略的に示す。この場合、直線状のそれぞれの凹部２６−１，２６−２，２６−３で拡散反射した光が、図５ａによる直線状の１つの凹部２６−１で拡散する反射光１３の図５ａで示された放射特性と等しい放射特性を有することが想定されている。
【００７７】
図５ｂには、拡散する反射光１３が、（図５ａと同様に）符号１３を有する矢印によって表されている。当該複数の矢印はそれぞれ、直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３から出発し、その方向が、当該拡散反射光のそれぞれの拡散方向を示し、その長さが、当該それぞれの拡散方向に拡散する当該反射光の（相対）強度（放射光の強さ）を示す。図５ｂでは、曲線１３ａ（１）が、直線状の凹部２６−１で拡散する反射光１３の「反射特性」を表す。すなわち、曲線１３ａ（１）は、（図５ａの曲線１３ａと同様に）拡散反射光１３のそれぞれの拡散方向に対する直線状の凹部２６−１で拡散する反射光１３の相対強度を表す。これに応じて、図５ｂでは、曲線１３ａ（２）が、直線状の凹部２６−１で拡散する反射光１３の「放射特性」を表し、曲線１３ａ（３）が、直線状の凹部２６−１で拡散する反射光１３の「放射特性」を表す。
【００７８】
図５ｂの曲線１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）又は矢印１３が示すように、当該拡散反射光は、（直線状の凹部２６−１，２６−２及び２６−３の空間配置に起因して）図５ｂに示されている方向Ｘ及びＺに対して平行に延在する面に対してほぼ平行に拡散し、半空間ＨＲ１に向けられている全ての拡散方向にわたって分布する。
【００７９】
図５ｂの曲線１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）又は矢印１３が示すように、直線状の個々の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する反射光の放射特性は、（図５ａによる直線状の凹部２６−１で拡散する反射光の放射特性と同様に）「棍棒形」であり、長手方向Ｘに対して垂直に配向された面に対して対称に延在するそれぞれ２つの「棍棒形放射光」Ｋ１又はＫ２を有する。図５ｂでは、Ｋ１（１）及びＫ２（１）が、放射特性１３ａ（１）の２つの棍棒形放射光を示し、Ｋ１（２）及びＫ２（２）が、放射特性１３ａ（２）の２つの棍棒形放射光を示し、Ｋ１（３）及びＫ２（３）が、放射特性１３ａ（３）の２つの棍棒形放射光を示す。
【００８０】
図５ｂが示すように、直線状の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する反射光の空間強度分布が、放射特性１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）の重畳から発生する。これに関連して、直線状の凹部２６−１と２６−２との間又は直線状の凹部２６−２と２６−３との間の間隔Ａが、どのくらいの大きさであるかに応じて、放射特性１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）の棍棒形放射光Ｋ１（１），Ｋ１（２）及びＫ１（３）が、異なる強さで重畳し得ることが重要である。これに応じて、直線状の凹部２６−１と２６−２との間又は直線状の凹部２６−２と２６−３との間の間隔Ａが、どのくらいの大きさであるかに応じて、放射特性１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）の棍棒形放射光Ｋ２（１），Ｋ２（２）及びＫ２（３）が、異なる強さで重畳し得る。したがって、直線状の凹部２６−１と２６−２との間又は直線状の凹部２６−２と２６−３との間の間隔Ａが、どのくらいの大きさであるかに応じて、半空間ＨＲ１内の、直線状の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する反射光の空間強度分布が、ほぼ均一か又は不均一である。
【００８１】
直線状の凹部２６−１と２６−２とか又は直線状の凹部２６−２と２６−３とが、それぞれ直接に互いに境を接するように（すなわち、Ａ≒０）、間隔Ａが選択されている場合、放射特性１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）の棍棒形放射光Ｋ１（１），Ｋ１（２）及びＫ１（３）が、比較的大きい重畳部分を有し、同様に、放射特性１３ａ（１），１３ａ（２）及び１３ａ（３）の棍棒形放射光Ｋ２（１），Ｋ２（２）及びＫ２（３）が、比較的大きい重畳部分を有する。この状況下では、半空間ＨＲ１内の、直線状の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する当該反射光の空間強度分布は、比較的不均一であり得る。それ故に、半空間ＨＲ１内の、直線状の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する当該反射光の空間強度分布を改良するためには、例えば、図５ｂに示されているように、棍棒形放射光Ｋ１（２）が、棍棒形放射光Ｋ１（１）とＫ２（１）との間に広がり、棍棒形放射光Ｋ２（２）が、棍棒形放射光Ｋ１（３）とＫ２（３）との間に広がるように、直線状の凹部２６−１と２６−２との間か又は直線状の凹部２６−２と２６−３との間の間隔Ａを大きくすることが有益であり得る。
【００８２】
既に説明したように、直線状の凹部２６−１，２６−２又は２６−３で拡散する当該反射光の空間強度分布の均一性を最適化するためには、当該凹部２６−１，２６−２又は２６−３が、隣接したそれぞれ２つの凹部２６−１，２６−２又は２６−３間に６μｍ〜９μｍ、特に７．５μｍの間隔Ａを有するように、当該凹部２６−１，２６−２又は２６−３が配置され得る。この場合、当該直線状のそれぞれの凹部は、特に、−当該インクリメンタルトラックの長手方向に−３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの幅ＢＬを有し得る。
【００８３】
図４に示された好適な実施の形態による複数の散乱領域２３のうちの１つの散乱領域２３の暗い領域内の強度分布Ｉが、図５ｃによるグラフから見て取れる。この場合、図４によるインクリメンタルトラック２０が、図２ｂにしたがう２つの光源１０５−１及び１０５−２の配置によって、図２ｂと同様に角度αを成してインクリメンタルトラック２０上に当たる光で照射され、図２ｂによるセンサ装置１０１が、当該インクリメンタルトラック２０を走査するために設けられているこの場合、という想定の下で、強度分布Ｉは測定されている。この場合、当該散乱領域の凹部２６−１，２６−２及び２６−３で拡散散乱される光だけが、センサ装置１０１によって検出され得ることが、図２ｂによる状況と同様に想定されている。
【００８４】
図５ｃでは、符号２６−１′，２６−２′又は２６−３′で示された水平線が、センサ装置１０１のセンサ面１０２上の複数の領域を表す。これらの領域はそれぞれ、凹部２６−１，２６−２又は２６−３の１つの光学結像に相当する。当該光学結像は、センサ装置１０１の撮像装置１０４によってセンサ面１０２上で生成可能である。この場合、それぞれの線２６−１′，２６−２′又は２６−３′は、長手方向Ｘのセンサ面１０２上の１つの凹部２６−１，２６−２又は２６−３の１つの光学結像の延在部分を強調している。図５ｃでは、符号Ｉを有する実線が、暗い領域の測定時に発生した、センサ面１０２上に当たる光の強度空間分布を、長手方向Ｘに沿った場所の関数として示す。
【００８５】
図５ｃによる強度分布Ｉは、図１ｅに示された従来の強度分布Ｉとは違って、図１ｃによるセンサ面の矩形波状の照射（符号２００）に非常に近くなることが、容易に認識され得る。線２６−１′，２６−２′又は２６−３′の配置と強度分布Ｉとの比較を可能にするため、センサ面１０２上の線２６−１′，２６−２′又は２６−３′の位置が、図５ｃに示された水平座標軸に沿って示されている。これによると、凹部２６−１，２６−２及び２６−３は、１つの散乱領域２３を形成する。特に当該ピッチの半分、すなわち５０％を網羅する当該図示された強度分布が発生するように、この散乱領域２３は、入射光を散乱させる。換言すれば、センサ装置１０１のセンサ面１０２が、このピッチの第１半分に沿って図５ｃに示された強度分布を検出する一方で、散乱光が、このピッチの第２半分に沿って測定され得ない。直線状の３つの凹部２６−１，２６−２，２６−３によって得られるほぼ矩形波状の強度パターンが、図１ｂに示された従来のセンサ面によって正弦波状のセンサ信号に変換され得る。
【００８６】
本発明のスケール本体１０の第３及び第４の実施の形態による解決策が、図６及び７に示されていて、部分的に非常に不均一な光強度分布が、散乱領域２３に沿って存在することが、上記の認識から把握される。特に、非常に高い光強度が、散乱領域２３の（長手方向Ｘに見て）中央で測定され、これに対して当該散乱領域２３の両縁領域の強度が低いことが確認された（図５ｃも参照）。
【００８７】
当該センサ信号の補間精度を改良するため、上記の理由から、第３及び第４の実施の形態にしたがって、散乱領域２３の直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５が、直線状の短くされた少なくとも１つ、ここでは特に３つの凹部２６−２，２６−３，２６−４を有するように、これらの凹部を形成することが提唱される。見て取れるように、それぞれ長さＬ１−１又はＬ１−２を有する図６及び７による短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４が、インクリメンタルトラック２０の長さ方向に対して直角に形成されている。これらの凹部２６−２，２６−３，２６−４は、直線状の別の凹部２６−１又は２６−５の第２長さＬ２よりも短い。この場合、散乱領域２３の中央内の増大した強度を減少させるため、特に、この散乱領域の内側の中央に存在する直線状の凹部２６−２，２６−３及び２６−４が短くされる。
【００８８】
特に、図６による第３の実施の形態では、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４は、その他の外側の直線状の凹部，２６−１，２６−５に対して短くされた開始領域及び終了領域を有することが提唱される。換言すれば、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４は、図面に示されているように、確かに依然としてインクリメンタルトラック２０の長手軸に沿って整列されているものの、短くされた長さを有する。したがって、この実施の形態による（横方向Ｙの）インクリメンタルトラック２０の幅は、特に当該その他の直線状の凹部２６−１，２６−５によって決定される。
【００８９】
図６に示された第３の実施の形態の代わりに、直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５は、図７による第４の実施の形態によっても構成され得る。詳しく言うと、この場合、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４が、その他の直線状の凹部２６−１，２６−５とは違って特に中央の自由空間２７を有することが提唱されている。この場合、中央の自由空間２７は、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４の開始領域と終了領域との間の遮断部分を形成する。換言すれば、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３，２６−４は、二分割にされていて、インクリメンタルトラック２０の縁領域に配置されている。これによっても、散乱領域２３の中央内の強度の減少が達成される。散乱領域２３に沿った拡散反射光の非常に均一で矩形状の強度分布が、当該散乱領域２３の中央内の強度の減少によって達成される。
【００９０】
ここで注目すべきは、図６〜７に示された第３及び第４の実施の形態の組み合わせが必然的に考えられる点である。すなわち、短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３又は２６−４は、第３及び第４の実施の形態に示された種類の短くされた直線状の凹部２６−２，２６−３及び２６−４の組み合わせをも当然に含み得る。直線状の少なくとも２つの凹部が存在し、散乱領域２３の幅が、ピッチＰの半分を超えない限り、当然に、第３及び第４の実施の形態による直線状の凹部の数が変更されてもよい。
【００９１】
最後に、本発明のスケール本体１０の第５の実施の形態が、図８に示されている。この実施の形態によれば、スケール本体１０は、少なくとも１つの第１インクリメンタルトラック２０に加えて、１つの基準トラック３０を有する。この基準トラック３０は、特に第１インクリメンタルトラック２０と並んで平行に配置されている。基準トラック３０は、スケール本体１０に沿った測定ヘッドの絶対位置を特定するために形成されている。このため、基準トラック３０は、長手方向Ｘに交互に配置された複数の基準散乱領域３３と複数のミラー領域３４とを有する。基準散乱領域３３は、第１インクリメンタルトラック２０の散乱領域２３と同様に、直線状の複数の凹部３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６，３６−７及び３６−８を有する。直線状の凹部の凹部３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６，３６−７及び３６−８は、入射光を拡散反射させるように形成されている。特に、これらの凹部３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６，３６−７及び３６−８は、散乱領域２３の直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４と同様に、円い複数の窪み部を重ね合わせることによって形成され得る。
【００９２】
これとは反対に、ミラー領域３４は、例えば磨かれた金属表面に相当するほぼ滑らかな表面を有する。この場合、既に上述したように、基準散乱領域３３は、特にスケール本体１０の既知の地点に存在する。計算装置が、当該測定ヘッドの絶対位置を測定するためにこれらの基準散乱領域３３を使用し得る。このため、基準トラック３０の基準散乱領域３３に対する当該測定ヘッドの位置の変化が、第１インクリメンタルトラック２０によって測定される。
【００９３】
当然に、基準トラック３０は、本発明のスケール本体１０の上記のそれぞれの実施の形態で使用され得る。
【００９４】
例えば、３００ｎｍ〜１．５μｍの範囲内の波長を有する光が、本発明のスケール本体を照射するために適する。すなわち、それぞれのスケール本体の長手方向Ｘの、複数の散乱領域２３のうちの１つの散乱領域２３の直線状の複数の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４又は２６−５のうちの１つの凹部の延在部分は、それぞれのスケール本体を照射するために使用される光の波長よりも複数倍大きくてもよい。さらに、当該照射のために使用される光が、当該それぞれのスケール本体上に当たる角度αの大きさは、当該センサ信号の大きさに関して比較的問題でないので、角度αは、比較的大きい範囲内で、例えば３０°〜７０°の範囲内で変更され得る。
【００９５】
スケール本体１０を金属表面１１上に形成するための方法の実施の形態が、図９ａによる実施の形態から概略的に見て取れる。この場合、パルスレーザ５０が、ほぼ円い窪み部２５を形成するために提供される。このパルスレーザ５０は、金属表面１１上にほぼ垂直に照射されるほぼ円いビーム束４０を生成する。この場合、ほぼ円いビーム束４０が、１つのレーザインパルスの期間ごとに金属表面１１に沿って異なる地点に誘導されることによって、それぞれの窪み部２５が生成される。金属表面１１が、ビーム束４０のエネルギーによって溶融され、部分的に蒸発する。これにより、ほぼ円い複数の窪み部２５が形成される。ビーム束４０が、軸Ｓに沿って移動されるように、例えばミラー５１が、パルスレーザ５０のパルスとパルスとの間に当該長手方向に対して垂直に位置を調整される。別の１つの円い窪み部２５を生成するため、熱エネルギーが、１つのレーザパルスの期間ごとにその新しい移動位置で金属表面１１中に同様に供給される。
【００９６】
ビーム束４０は、個々のパルス間にできるだけ軸Ｓに沿って移動される。その結果、ほぼ円い複数の窪み部２５が重なり合う。直線状の少なくとも２つの凹部２６−１又は３６−１のうちの１つの凹部が形成されるように、特に、ほぼ円い複数の窪み部２５が重なり合う。この凹部は、インクリメンタルトラック２０又は基準トラック３０の長手方向Ｘに対してほぼ直角に配向されている。当然に、この工程は、希望する全ての直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４又は２６−５に対して繰り返される。
【００９７】
窪み部２５が、３．５μｍ〜１２μｍ、特に６μｍ〜９μｍ、特に約７μｍの直径を有するように、ビーム束４０の直径が、円い複数の窪み部２５を形成するために選択される。これにより、好適な実施の形態Ｖ５の幅に相当する約８μｍの幅を有する直線状の凹部が形成される。ほぼ円い複数の窪み部２５のうちの少なくとも７５％が重なり合っているように、レーザ５０のビーム束４０がさらに移動される。換言すれば、直線状の凹部２６−１又は３６−１がそれぞれ、ビーム束４０の移動によって最大で円い窪み部２５の直径の２５％だけ拡張される。
【００９８】
上記の方法のための好適なレーザパラメータは、下記の表２から把握され得、約１ｍｍの直線状の凹部の製造に関するものである。
【００９９】
【表２】
0006501785.tif 000003
【０１００】
約３５５ｎｍの波長を有する、バナデートレーザのような、例えばダイオード励起個体レーザが、レーザ５０として適する。
【０１０１】
ここで注目すべきは、本発明のスケール本体１０の直線状の凹部２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５又は３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−５，３６−６は、必ずしも円い複数の窪み部２５から形成される必要がない点である。むしろ、個々の直線状の凹部がそれぞれ、一回の作業ステップで製造されてもよい。これに対する一例が、図９ｂにしたがって概略的に示されている。この実施の形態によれば、レーザビーム４０が、例えば、当該金属表面の照射前に撮像装置６０又は６２を経由してマスキング要素６４上に焦光される。この場合、マスキング要素６４は、直線状の少なくとも２つの開口部６６−１，６６−２，６６−３を有する。この場合、直線状の開口部６６−１，６６−２，６６−３の像が、当該レーザビームによって金属表面１１上に結像される。
【０１０２】
少なくとも１つの散乱領域２３が、直線状の少なくとも２つの凹部２６−１，２６−２，２６−３から形成されるように、直線状の開口部６６−１，６６−２，６６−３の当該像は形成されている。ここで図示された実施の形態では、当該開口部は、例えば、対応する直線状の３つの凹部２６−１，２６−２，２６−３又は３６−１，３６−２，３６−３を金属表面１１上に製造するために使用される直線状の３つの開口部６６−１，６６−２，６６−３である。
【０１０３】
スケール本体１０の直線状の凹部が、エッチング又はエンボス加工によって当該金属表面上に形成されることも考えられる。図２ａ〜７による実施の形態に相当する、こうして製造された直線状の凹部は、最大のコントラストを十分な補間精度で達成するために有益な配列を有し得る。
【０１０４】
本発明は、上記の実施の形態に示された特徴の組み合わせに限定されない。むしろ、本発明は、ここで開示した全ての特徴の組み合わせから得られる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  スケール本体
２  インクリメンタルトラック
３  散乱領域
４  ミラー領域
５  凹部
５′  水平線
１０  スケール本体
１１  金属表面
１３  ほぼ無指向性の放射光、拡散反射光、拡散する反射光、矢印
１３ａ  曲線
１４  指向性の放射光
２０  インクリメンタルトラック、第１インクリメンタルトラック
２３  散乱領域
２４  ミラー領域
２５  窪み部
２６−１  凹部
２６−２  凹部
２６−３  凹部
２６−４  凹部
２６−５  凹部
２６−１′  水平線
２６−２′  水平線
２６−３′  水平線
２７  自由空間
３０  基準トラック
３３  基準散乱領域
３４  ミラー領域
３６−１  凹部
３６−２  凹部
３６−３  凹部
３６−４  凹部
３６−５  凹部
３６−６  凹部
３６−７  凹部
３６−８  凹部
４０  ビーム束、レーザビーム
５０  パルスレーザ、レーザ
５１  ミラー
６０  撮像装置
６２  撮像装置
６４  マスキング要素
６６−１  開口部
６６−２  開口部
６６−３  開口部
１０１  センサ装置
１０２  センサ、センサ面
１０３  光センサ
１０４  撮像装置
１０５−１  光源
１０５−２  光源
１１０  第１光ビーム
１１１  照射領域
１２０  第２光ビーム
１３０  スケール本体
１３１  縦長の透過性領域
１３２  非透過性領域
２００  矩形波光信号、矩形波信号
２０１  正弦波状のセンサ信号
Ｘ  長手方向、インクリメンタルトラックの長手方向
Ｙ  横方向、凹部の長手方向
Ｚ  垂直方向
Ａｓ１  外側部分
Ａｓ２  外側部分
Ｐ  ピッチ
Ａ  間隔
Ｂ２３  散乱領域の幅
Ｂ２４  ミラー領域の幅
Ｓ  センサ信号
Ｋ  コントラスト
Ｏ１  基板の表面
ＨＲ１  半空間
Ｅ１  面
Ｋ１  棍棒形放射光
Ｋ２  棍棒形放射光
ＢＬ  幅
Ｉ  強度分布
Ｌ１−１  第１長さ
Ｌ１−２  第１長さ
Ｌ２  第２長さ
Ｓ  軸
α  角度
β１  角度
β２  角度
【図１ａ】
0006501785.tif 000004
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
0006501785.tif 000006
【図１ｄ】
0006501785.tif 000007
【図１ｅ】
0006501785.tif 000008
【図２ａ】
0006501785.tif 000009
【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
0006501785.tif 000013
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
0006501785.tif 000016
【図７】
0006501785.tif 000017
【図８】
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【図９ａ】
0006501785.tif 000019
【図９ｂ】
0006501785.tif 000020