(57)【要約】      （修正有）【課題】基準パルス信号が、走査ユニットと反射基準尺との間の傾きによってほとんど妨害されない高分解能のエンコーダを提供。【解決手段】基準パルス信号を生成する走査ユニットは、多数の光学要素を有し、これらの光学要素は、少なくとも１つの結合光学系、及びそれぞれ多数のアパーチャを有している。１つの光源及び少なくとも２つの検出要素が、この走査ユニットにさらに配置されている。反射基準尺３０は、インクリメンタル目盛３３．１、３３．２、および基準位置Ｘｒｅｆに対して基準マーク３１がインクリメンタル目盛３３．１と３３．２の間に配置されている。基準マーク３１は、構造要素３１．１、３１．２の一定の回折要素から構成されている。構造要素３１．１、３１．２は、異なる周期構造を有している。【選択図】図２
2008129021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査ユニット（１０）及びこの走査ユニット（１０）に対して少なくとも１つの測定方向（ｘ）に移動する反射基準尺（３０）を有し、少なくとも１つの基準位置（ｘＲＥＦ）に対して１つの基準パルス信号（ＲＩ）を生成するエンコーダにおいて、
−この場合、基準パルス信号（ＲＩ）を生成する走査ユニット（１０）が、多数の光学要素を有し、これらの光学要素は、少なくとも１つの結合光学系（１２）及びそれぞれ多数のアパーチャを有し、絞り面内に配置された少なくとも２つの絞り構造（１３．１，１３．２）であり、１つの光源（１４）及び少なくとも２つの検出要素（１５．２）が、この走査ユニット（１０）にさらに敷設されていて、
−反射基準尺（３０）は、少なくとも１つの基準位置（ｘＲＥＦ）に対して基準マーク（３１）を有し、
−この基準マーク（３１）は、少なくとも１組の第１構造要素（３１．１）を有し、これらの第１構造要素（３１．１）は、反射基準尺（３０）の平面内に測定方向（ｘ）に対して垂直に第１横周期性（Ｔ１）で周期的に配置されていて、
−そしてこの基準マーク（３１）は、少なくとも１組の第２構造要素（３１．２）を有し、これらの第２構造要素（３１．２）は、反射基準尺（３０）の平面内に測定方向（ｘ）に対して垂直に第２横周期性（Ｔ２）で周期的に配置されていて、この場合、第１横周期性（Ｔ１）と第２横周期性（Ｔ２）とは互いに異なり、
−これらの構造要素（３１．１，３１．２）は、回折構造要素として構成されていて、これらの回折構造要素は、所定の焦点距離（ｆ）を有するシリンダレンズのように測定方向（ｘ）に光学的に作用しかつ第１横周期性（Ｔ１）及び第２横周期性（Ｔ２）を有する回折格子のように測定方向（ｘ）に対して垂直に作用するエンコーダ。
【請求項２】
構造要素（３１．１，３１．２）は、測定方向（ｘ）に虚焦点又は実焦点を反射基準尺（３０）から焦点距離ｆ内に有する請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
構造要素（３１．１，３１．２）の焦点距離（ｆ）は、反射基準尺（３０）から中立回転点（Ｎ）の距離の半分に一致し、この中立回転点（Ｎ）は、位置誤差が生じることなしに、走査ユニット（１０）又は反射基準尺（３０）の傾きが一点の周りで可能であるこの点として規定されている請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項４】
構造要素（３１．１，３１．２）の結像側の焦点面が、絞り面内に結像されるように、結像光学系（１２）が、走査ユニット（１０）内で寸法決めされている請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項５】
基準マーク（３１）はそれぞれ、多数組の第１構造要素（３１．１）及び第２構造要素（３１．２）を有し、これらの第１構造要素（３１．１）及び第２構造要素（３１．２）は、対称軸線（Ｓ）に対して平行に又はミラー対称に測定方向（ｘ）に対して垂直に基準尺内に配置されていて、この場合、異なる横周期性（Ｔ１，Ｔ２）を有するそれぞれの構造要素（３１．１，３１．２）が、ミラー対称に対向して存在する請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項６】
個々の構造要素（３１．１，３１．２）は、断面形状を有し、この断面形状は、横方向（ｙ）に平行に延在する２本の境界直線及び長手方向（ｘ）に湾曲し平行な２本の境界直線から構成されている請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項７】
−反射基準尺（３０）は、測定方向（ｘ）に周期的に延在する少なくとも１つのインクリメンタル目盛（３３．１，３３．２）をさらに有し、
−走査ユニット（１０）は、走査手段（１７．１，１７．２，１８．１，１８．２，１８．３，１８．４，２０．１，２０．２，２０．３）を有し、これらの走査手段（１７．１，１７．２，１８．１，１８．２，１８．３，１８．４，２０．１，２０．２，２０．３）は、反射基準尺（３０）と走査ユニット（１０）との相対移動時に周期的なインクリメンタル信号（ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢ）を生成するために使用される請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項８】
基準パルス信号の生成の中立回転点（Ｎ）の位置が、インクリメンタル信号の生成の中立回転点の位置に適合されるように、構造要素（３１．１，３１．２）の焦点距離（ｆ）が選択されていて、この場合、この中立回転点（Ｎ）は、位置誤差が生じることなしに、走査ユニット（１０）又は反射基準尺（３０）の傾きが一点の周りで可能であるこの点として規定されている請求項７に記載のエンコーダ。
【請求項９】
測定方向（ｘ）に沿った両絞り構造（１３．１，１３．２）のアパーチャの位置的な配置が、基準マーク（３１）の構造要素（３１．１，３１．２）の配置に有利に合わせられている請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項１０】
結像光学系（１２）は、多数の単レンズから構成されるレンズアレイとして構成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項１１】
走査ユニット（１０）は、走査板（１１）を有し、絞り構造（１３．１，１３．２）及び結像光学系（１２）が、この走査板（１１）上に配置されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項１２】
走査ユニット（１０）が、走査板（１１）を有し、
−絞り構造（１３．１，１３．２）が、反射基準尺（３０）に面しない走査板の側面上に配置されていて、これらの絞り構造（１３．１，１３．２）は、光透過な構造／光非透過な構造として構成されていて、
−結像光学系（１２）が、反射基準尺（３０）に面した走査板の側面上に配置されている請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
走査ユニット（３１０）が、走査板（３１１）を有し、絞り構造（３１３．１，３１３．２）及び結像光学系（３１２）が、反射基準尺（３３０）に面した走査板（３１１）の側面上に配置されていて、これらの絞り構造（３１３．１，３１３．２）は、反射する構造／反射しない構造として構成されている請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
分割格子（１９）が、走査板（１１）上にさらに配置されていて、光源（１４）から来る光束が、この分割格子によって基準パルス信号の生成に利用される部分光束とインクリメンタル信号の生成に利用される部分光束とに分割される請求項７又は１１に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
分割格子（３１９）は、反射基準尺（３３０）上の基準マーク（３３１）が収束照射されるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のエンコーダ。
【請求項１６】
分割格子（３１９）は、湾曲した格子線を有する回折分光器として構成されている請求項１５に記載のエンコーダ。
【請求項１７】
１つ又は多数の反射要素（３２１．１，３２１．２）が、反射基準尺（３０）に面しないで指向されている走査板（３１１）の側面上に配置されていて、この又はこれらの反射要素は、この又はこれらの反射要素上に入射する光束を反射基準尺（３３０）に面している走査板（３１１）の側面方向に再び偏向させる請求項１５に記載のエンコーダ。
【請求項１８】
分割格子（１９）は、反射基準尺（３０）に面している走査板（１１）の側面上に配置されている請求項１４に記載のエンコーダ。
【請求項１９】
加算器（２２）及び減算器（２３）が、２つの検出要素（１５．１，１５．２）の後方に配置されていて、それぞれ所定にプリセットされているトリガー閾値（ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３）を有する多数の比較器（２４．１，２４．２，２４．３）が、同様にこれらの加算器及び減算器の後方に配置されていて、生成されたインクリメンタル信号（ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢ）の幅に一致する幅（ｂＲＩ）を有する基準パルス信号（ＲＩ）が出力側で出力されるように、これらの比較器が互いに接続されている請求項７に記載のエンコーダ。
【請求項２０】
走査ユニット（１１０；２１０）は、補助信号を生成する補正手段（１２６，１２７，１２８，１２９．１，１２９．２；２２６，２２７，２２８，２２９．１，２２９．２）を有し、これらの補助信号は、走査板（１１１；２１１）に対する角度の変化に対する目安を示し、光源（１１４；２１４）から来る光束が、この角度で基準マーク（１３１；２３１）の方向に伝播する請求項１〜１９のいずれか１項に記載のエンコーダ。
【請求項２１】
走査ユニット（１１０）は、補助信号を生成する以下の補正手段（１２６，１２７，１２８，１２９．１，１２９．２）を有する：
−反射基準尺（１３０）に面しない走査板の側面上に配置されたフレネルレンズ（１２７），このフレネルレンズの焦点が、分割格子（１１９）の平面内に存在し、部分光束が、この平面に当たり、この部分光束は、分割格子（１１９）によって入射する光束から分割され、
−反射要素（１２６），この反射要素は、反射基準尺（１３０）に面した走査板（１１１）の側面上のフレネルレンズ（１２７）の焦点内に配置されていて、
−反射基準尺（１３０）に面しない走査板（１１１）の側面上の互いに垂直に配置された周期的な２つの格子構造（１２８．１，１２８．２），
−減算器（１４２）を介して互いに差動に接続されている２つの補助信号検出要素（１２９．１，１２９．２），この場合、生じる差信号が、トリガー閾値（ＴＲ２，ＴＲ３）を調整する補助信号として使用される請求項１４、１９又は２０に記載のエンコーダ。
【請求項２２】
走査ユニット（２１０）は、補助信号を生成する以下の補正手段（１２６，１２７，１２８，１２９．１，１２９．２）を有する：
−反射基準尺（２３０）に面しない走査板（２１１）の側面上に配置された格子レンズ構造（２２７．１，２２７．２），この格子レンズ構造は、基準マーク（３２１）に相当し、この基準マークの焦点が、分割格子（２１９）の平面内に存在し、部分光束が、この平面に当たり、この部分光束は、分割格子（２１９）によって入射する光束から分割され、
−反射要素（２２６），この反射要素は、反射基準尺に面した走査板の側面上の格子レンズ構造（２２７．１，２２７．２）の焦点内に配置されていて、
−反射基準尺（２３０）に面しない走査板（２１１）の側面上に配置された２つの絞り構造（２２８．１，２２８．２），
−２つの補助信号検出要素（２２９．１，２２９．２），これらの補助信号検出要素は、互いに差動に接続されていて、この場合、生じる差信号が、トリガー閾値（ＴＲ２，ＴＲ３）を調整する補助信号として使用される請求項１４，１９又は２０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、請求項１の上位概念に記載の光学エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、エンコーダに関する。
【０００３】
公知のエンコーダは、相対移動する２つの物体の相対変位に関する周期的なインクリメンタル信号のほかに、いわゆる基準パルスも提供する。相対移動する両物体の位置に関する正確な絶対的な関係が、測定区間に沿った所定の基準位置でこれらの基準パルス信号によって得られる。このとき、一般に明らかに高い分解能のインクリメンタル信号が、こうして測定された絶対位置に後で適用され得る。基準パルス信号を生成するため、多くの可能性が既に公知である。これに対しては、例えば米国特許第5,073,710号明細書又は米国特許第5,981,941号明細書を参照のこと。これらの明細書はそれぞれ、光学式エンコーダに関する形態を開示する。基準パルス信号を生成するため、これらの明細書では、回折基準マーク構造がそれぞれ、基準尺面上でインクリメンタルトラックに隣接して基準位置に配置される。１つの対応する基準パルス信号が、それぞれの位置で基準マークの走査から発生する照射式に動作される特に高い分解能の光学式エンコーダの場合、特定の基準パルス信号の生成が要求される。したがって、例えば走査ユニット及び反射基準尺の最適でない取り付けによって引き起こされたこの走査ユニット及び反射基準尺の場合によっては起こりうる傾き時にも、位置誤差が可能な限り発生してはならない。この場合、このことは、インクリメンタル信号の生成及び基準パルス信号の生成の双方に対して成立する。上述した両明細書では、この問題の解決手段に関する示唆は見つからない。
【特許文献１】米国特許第5,073,710号明細書
【特許文献２】米国特許第5,981,941号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願第102006042743.2号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、基準パルス信号が走査ユニットと反射基準尺との間の場合によっては起こりうる傾きによってほとんど妨害されない、照射動作式の高分解能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】
【０００５】
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。
【０００６】
好適な実施形は、従属請求項中に説明されている手段から得られる。
【０００７】
本発明によれば、インクリメンタル信号及び基準パルス信号を生成するための走査ユニット及び反射基準尺の傾きに関して同じ挙動を提供することが提唱される。それ故に両走査に対して、両走査のいわゆる中立回転点が一致することが保証される。この場合、その都度の走査のこの中立回転点は、位置誤差が生じることなしに、走査ユニット及び反射基準尺が一点の周りで傾きうるこの点を意味する。
【０００８】
本発明の範囲内では、特に基準パルス信号に関する適切な手段によって、基準パルス信号の生成の中立回転点の位置の所定の調整が可能であることが確認できた。これによって、基準パルス信号の生成の中立回転点が、インクリメンタル信号の生成時の中立回転点に一致され得る。インクリメンタル信号の生成の中立回転点が、このようなエンコーダの設計時に一般にその都度のシステム要求から生じる。本発明の手段によって、基準パルス信号の生成の中立回転点が、インクリメンタル信号の生成時の異なる状況に柔軟に適合できる。このことは、例えば一平面内の基準パルス信号の生成の中立回転点が反射基準尺の上又は下に存在することを意味しうる。
【０００９】
これに対して、走査ユニット及びこの走査ユニットに対して少なくとも１つの基準位置（ｘ）に沿って移動する反射基準尺を有するエンコーダが、少なくとも１つの基準位置に対して１つの基準パルス信号を生成する。この走査ユニットは、基準パルス信号を生成するために多数の光学要素を有する。これらの光学要素は、少なくとも１つの結像光学系及び絞り面内に配置されたそれぞれ多数のアパーチャを有する少なくとも２つの絞り構造である。１つの光源及び少なくとも２つの検出要素が、走査ユニットに敷設されている。反射基準尺は、少なくとも１つの基準位置に対して１つの基準マークを有する。この基準マークは、少なくとも１組の構造要素を有する。これらの構造要素は、測定方向に対して垂直な反射基準尺の平面内に第１横周期性Ｔ１で周期的に配置されている。さらに基準マークは、少なくとも１組の第２構造要素を有する。これらの構造要素は、測定方向に対して垂直な反射基準尺の平面内に第２周期性Ｔ２で周期的に配置されている。第１横周期性と第２横周期性とは互いに異なる。これらの構造要素は、回折構造要素として構成されている。これらの回折構造要素は、所定の焦点距離を有するシリンダレンズのように測定方向に光学的に作用し、目盛周期Ｔ１又はＴ２を有する回折格子のように測定方向に対して垂直に作用する。
【００１０】
構造要素は、特に測定方向に実焦点又は虚焦点を反射基準尺から焦点距離内に有する。
【００１１】
特に構造要素の焦点距離は、反射基準尺から中立回転点の距離の半分に一致する。この場合、中立回転点は、位置誤差が生じることなしに、走査ユニット又は反射基準尺の傾きが一点の周りで可能であるこの点として規定されている。
【００１２】
構造要素の結像側の焦点面が、絞り面内に結像されるように、結像光学系が、走査ユニット内で有利に寸法決めされている。
【００１３】
可能な実施形では、基準マークがそれぞれ、多数組の第１構造要素及び第２構造要素を有する。この場合、これらの第１構造要素及び第２構造要素は、対称軸線に対して平行に又はミラー対称に測定方向に対して垂直に基準尺内に配置されている。異なる横周期性を有するそれぞれの構造要素が、対向して存在する。
【００１４】
個々の構造要素が、特に断面形状を有し得る。この断面形状は、横方向に平行に延在する２本の境界直線及び長手方向に湾曲し平行な２本の境界直線から構成されている。
【００１５】
本発明のエンコーダの可能な実施形では、反射基準尺が、測定方向に延在する少なくとも１つの周期的なインクリメンタル目盛をさらに有する。走査ユニットは、走査手段をさらに有する。この走査手段は、反射基準尺と走査ユニットとの相対移動時に周期的なインクリメンタル信号を生成するために使用される。
【００１６】
このようなエンコーダでは、基準パルス信号の生成の中立回転点の位置が、インクリメンタル信号の生成の中立回転点の位置に適合するように、構造要素の焦点距離が特に選択されている。この場合、中立回転点は、位置誤差が生じることなしに、走査ユニット又は反射基準尺の傾きが一点の周りで可能であるこの点として規定されている。
【００１７】
本発明のエンコーダでは、測定方向（ｘ）に沿った両絞り構造のアパーチャの位置的な配置が、基準マークの構造要素の配置に有利に合わせられている。
【００１８】
結像光学系は、多数の単レンズから構成されるレンズアレイとして構成され得る。
【００１９】
走査ユニットは、例えば走査板を有し得る。絞り構造及び結像光学系が、この走査板上に配置されている。
【００２０】
この場合、走査板は以下のように構成され得る：
−絞り構造が、反射基準尺に面しない走査板の側面上に配置されている。これらの絞り構造は、光透過な構造／光非透過な構造として構成されていて、
−結像光学系が、反射基準尺に面した走査板の側面上に配置されている。
【００２１】
この代わりに走査ユニットは、走査板を有してもよい。絞り構造及び結像光学系が、反射基準尺に面した走査板の側面上に配置されていて、これらの絞り構造は、反射する構造／反射しない構造として構成されている。
【００２２】
この場合、分割格子が、走査板上にさらに配置され得る。光源から来る光束が、この分割格子によって基準パルス信号の生成に利用される部分光束とインクリメンタル信号の生成に利用される部分光束とに分割される。
【００２３】
反射基準尺上の基準マークが収束照射されるように、分割格子が構成され得る。
【００２４】
分割格子は、例えば湾曲した格子線を有する回折分光器として構成され得る。
【００２５】
１つ又は多数の反射要素が、反射基準尺に面しないで指向されている走査板の側面上に配置され得る。この又はこれらの反射要素は、この又はこれらの反射要素上に入射する光束を反射基準尺に面している走査板の側面方向に再び偏向させる。
【００２６】
分割格子は、例えば反射基準尺に面している走査板の側面上に配置され得る。
【００２７】
本発明のエンコーダの別の実施形では、加算器及び減算器が、２つの検出要素の後方に配置されていて、それぞれ所定にプリセットされているトリガー閾値を有する多数の比較器が、同様にこれらの加算器及び減算器の後方に配置されている。生成されたインクリメンタル信号の幅に一致する幅を有する基準パルス信号が出力側で出力されるように、これらの比較器が互いに接続されている。
【００２８】
さらに走査ユニットは、補助信号を生成する補正手段を有し得る。これらの補助信号は、走査板に対する角度の変化に対する目安を示す。光源から来る光束が、この角度で基準マークの方向に伝播する。
【００２９】
この場合、走査ユニットは、補助信号を生成する以下の補正手段を有し得る：
−反射基準尺に面しない走査板の側面上に配置されたフレネルレンズ，このフレネルレンズの焦点が、分割格子の平面内に存在し、部分光束が、この平面に当たり、この部分光束は、分割格子によって入射する光束から分割される。
−反射要素，この反射要素は、反射基準尺に面した走査板の側面上のフレネルレンズの焦点内に配置されている。
−反射基準尺に面しない走査板の側面上の互いに垂直に配置された周期的な２つの格子構造。
−２つの補助信号検出要素，これらの補助信号検出要素は、互いに差動に接続されていて、この場合、生じる差信号が、トリガー閾値を調整する補助信号として使用される。
【００３０】
この代わりに走査ユニットは、補助信号を生成する以下の補正手段を有し得る：
−反射基準尺に面しない走査板の側面上に配置された格子レンズ構造，この格子レンズ構造は、基準マークに相当し、この基準マークの焦点が、分割格子の平面内に存在し、部分光束が、この平面に当たり、この部分光束は、分割格子によって入射する光束から分割される。
−反射要素，この反射要素は、反射基準尺に面した走査板の側面上の格子レンズ構造の焦点内に配置されている。
−反射基準尺に面しない走査板の側面上に配置された２つの絞り構造，
−２つの補助信号検出要素，これらの補助信号検出要素は、互いに差動に接続されていて、この場合、生じる差信号が、トリガー閾値を調整する補助信号として使用される。
【００３１】
その他の詳細及び本発明の利点は、以下の図中の実施の形態に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明のエンコーダ及び特にこのエンコーダによる基準パルス信号の生成を図１〜５に基づいて説明する。
【００３３】
図１ａ及び１ｂは、本発明のエンコーダの第１の実施の形態の基準パルス信号を生成する部分走査光路を異なる視点で非常に概略的に示す。図１ｃは、このエンコーダ内でインクリメンタル信号を生成する概略的な部分走査光路を示す。
【００３４】
図１ａ〜１ｃ及び別の実施形に対する以下の類似の図では、基準パルス信号を生成する部分走査光路がそれぞれ実線で示されていて、これに対してインクリメンタル信号を生成する部分走査光路はそれぞれ破線で示されている。
【００３５】
本発明の光学式エンコーダの示された形態は、反射基準尺３０及びこの反射基準尺３０の少なくとも１つの測定方向ｘに沿って移動する走査ユニット１０を有する。反射基準尺３０及び走査ユニット１０は、相対移動する２つの物体、例えば機械の部品に接合されている。相対移動するこれらの両物体の位置に関する位置信号が、エンコーダによって生成されて−図示されなかった−制御ユニットに供給される。制御目的のため、この制御ユニットは、公知の方法でこれらの位置データを利用する。この場合、本発明のエンコーダは、直線状のシフト移動及び回転式のシフト移動の双方に関して構成され得る。
【００３６】
本発明のエンコーダのこの示された実施の形態は、−以下で説明するように−周期的なインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢのほかに測定区間に沿った少なくとも１つの既知の基準位置ｘＲＥｆに対する基準パルス信号ＲＩをさらに供給する。次いで明らかに高い分解能のインクリメンタル測定が、こうして特定された既知の絶対位置に一般的な方法で引き続き適用され得る。
【００３７】
最初に、本発明に対して優先する基準パルス信号ＲＩの生成をこのために設けられている部分走査光路に基づいて説明する。
【００３８】
反射基準尺３０は、測定方向ｘに延在する１つ又は多数のインクリメンタル目盛３３．１，３３．２のほかに１つの特定の基準位置ｘＲＥＦに対する少なくとも１つの基準マーク３１をさらに有する。当然に目盛(Grds.)を付けてもよく、例えばいわゆるディスタンスコードの基準マーク等の形態で多数の基準マークを異なる基準位置に配置してもよい。
【００３９】
図２中の反射基準尺３０の一部の正面図から分かるように、インクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢを生成するこの実施の形態では、平行で同一な２つのインクリメンタル目盛３３．１，３３．２が、支持本体３２上に配置されている。これらの両インクリメンタル目盛３３．１，３３．２はそれぞれ、目盛周期ＴＰＩＮＣで測定方向ｘに沿って周期的に配置された、異なる光学特性の線状の目盛領域から構成される。例えば反射基準尺３０は、異なる移相作用を反射する部分光束に与える交互する部分領域である照射式の位相格子である。可能な実施形では、ＴＰＩＮＣ＝0.5μmに選択される。目盛領域は、反射基準尺３０の平面内で測定方向ｘに対して垂直に、すなわち示されている方向ｙ（以下で線分方向とも言う）に沿って延在する。
【００４０】
基準マーク３１が、インクリメンタル目盛３３．１，３３．２用の両トラック間の基準位置ｘＲＥＦに対して配置されている。基準マーク３１は、インクリメンタル目盛３３．１，３３．２のように異なる反射特性を有する部分領域つまり構造要素３１．１，３１．２の一定の配置から構成される。以下に、基準マーク３１の好適な構成を提案されている実施の形態に対してさらに詳しく説明する。
【００４１】
この例では、光源１４、例えばレーザーダイオード，コリメート光学系１６，基準パルス信号を生成する多数の検出要素１５．１，１５．２，インクリメンタル信号を生成する多数の検出要素２０．１，２０．２，２０．３（図１ｃ）及びその他の異なる光学要素が、走査ユニット１０の側面上に配置されている。この場合、基準パルス信号ＲＩ及びインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢを生成するいろいろな光学要素が、走査ユニット１０内の走査板１０上に配置されていて、引き続き同様にさらに詳しく説明する。
【００４２】
この点に関して、光源１４，コリメート光学系１６及びいろいろな検出要素１５．１，１５．２，２０．１，２０．２，２０．３は、走査ユニット１０又は走査ユニット１０に対応するハウジング内で必須のものではない。すなわち本発明の別の実施の形態では、これらの要素を公知の方法で光ファイバを用いて走査ユニット１０に敷設し、いろいろな要素を空間的に分離して走査ユニット１０の外側に配置することも基本的に可能である。
【００４３】
コリメート光学系１６後の平行に指向された部分光束が、分割格子１９から基準パルス信号ＲＩを生成する（図１ａ〜１ｃ中の実線の）走査光路とインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢを生成する（図１ａ〜１ｃ中の破線の）走査光路とに分割される。図１ｂから分かるように、このことは、基準パルス信号を生成するために分割された部分光束が両インクリメンタル目盛３３．１，３３．２間の領域内の反射基準尺３０上で回折されることを意味する。走査ユニット１０と反射基準尺３０との間の標準走査距離の場合に、両インクリメンタル目盛３３．１，３３．２間の中央の領域が正確に照射されるように、分割格子１９の格子定数が主に選択される。走査ユニット１０の方向の後方反射が、この領域から生じる。後方反射した部分光束が、走査ユニット１０内の走査板１１の下面に配置されている結像光学系１２上に当たる。結像光学系１２は、いろいろな形態で、例えば個別のフレネルレンズとして走査板１１上に構成され得る。この代わりに結像光学系１２を多数の単レンズから成るレンズアレイとして構成することも可能である；これについて以下の説明の中でさらに詳しく説明する。
【００４４】
両インクリメンタル目盛３３．１，３３．２間の基準マーク３１の配置は、反射基準尺３０及び走査ユニット１０の場合によっては起こりうるｚ軸線周りの回転時に、インクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢに対する基準パルス信号ＲＩの位置が（不正確に）変化しないという利点を奏する。
【００４５】
結像光学系１２の結像側の焦点面が、走査板１１の表面つまりそこに存在する絞り面に重なるように、この結像光学系１２は光学的に寸法決めされている。それぞれ多数のアパーチャを有する２つの絞り構造１３．１，１３．２が、絞り面内に配置されている。走査ユニット１０内の２つの検出要素１５．１，１５．２が、絞り構造１３．１，１３．２の後方に配置されている。これらの検出要素１５．１，１５．２は、アパーチャを透過する光を検出するために、すなわち基準パルス信号ＲＩを生成するために利用される信号Ｓ１，Ｓ２を検出するために働く。物体側では、結像光学系１２によって結像された焦点が、中立回転点と反射基準尺３０の表面との間の半分の距離の高さに存在する。すなわち結像光学系１２が、物体側で系に依存した中立回転点の位置から生じる平面つまり一点に調整されている。この場合、位置測定時の誤差が生じることなしに、すなわち基準パルス信号ＲＩ又はインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢの生成時の誤差が生じることなしに、走査ユニット１０又は反射基準尺３０が、一点の周りで傾斜してもよいこの一点が、中立回転点として規定されている。この場合、この中立回転点は、系の条件に応じて異なる平面、すなわち基準尺面や基準尺面の下面又は上面に位置させてもよい。
【００４６】
基準パルス信号ＲＩを本発明にしたがって生成するための基準は、反射基準尺３０の側面上の基準マーク３１の選択された構成である。この基準マーク３１の適切な構成が、基準パルス信号ＲＩを基準位置ｘＲＥＦで確実に検出可能にする。基準マーク３１をより詳しく説明するため、特に図２を参照のこと。図２は、反射位置ｘＲＥＦの領域内の反射基準尺３０の正面図である。
【００４７】
本発明にしたがって構成された基準マーク３１は、両インクリメンタル目盛３３．１，３３．２間の基準位置ｘＲＥＦの領域内に一組の第１構造要素３１．１及び一組の第２構造要素３１．２を所定の幾何配置で有する。両組のこれらの構造要素３１．１，３１．２は、測定方向ｘに対して垂直に、すなわち配置された線分方向ｙに沿って第１の横周期性Ｔ１又は第２の横周期性Ｔ２で周期的に配置されている。この場合、第１の構造要素３１．１及び第２の構造要素３１．２の両組の横周期性Ｔ１，Ｔ２は、図２から分かるように互いに異なっている；例えばＴ１＝2.4μm及びＴ２＝2.0μmに選択され得る。
【００４８】
図２に示された実施の形態では、基準マーク３１は、測定方向ｘに沿って平行に互いに隣接して配置されている全部で４組の独立した第１構造要素３１．１及び全部で４組の独立した構造要素３２．１を有する。それ故に全部で８組の構造要素３１．１，３１．２が、測定方向ｘに沿って配置されている。それぞれ４組の第１構造要素３１．１及び第２構造要素３２．２は、測定方向ｘに沿って対称軸線Ｓに対してミラー対称に配置されている。この対称軸線Ｓは、反射基準尺３０の平面内で測定方向ｘに対して垂直に指向されている。対称軸線Ｓは、この例では基準位置ｘＲＥＦに対して正確に存在する。異なる横周期性Ｔ１，Ｔ２の構造要素３１．１，３１．２が、対称軸線Ｓに対してミラー対称に対向している。
【００４９】
図２中の基準マーク３１の拡大部分から分かるように、個々の構造要素３１．１，３１．２はそれぞれ、この例では横方向ｙに平行に延在する２本の境界直線及び長手方向ｘに湾曲し平行な２本の境界直線から構成されている断面形状を有する。これらの要素の後でさらに詳しく説明する光学作用が、この選択された横断面形状から生じる。第１構造要素３１．１及び第２構造要素３１．２を有する複数の組が、異なる横周期性Ｔ１，Ｔ２によって区別が付く。これらの個々の構造要素３１．１，３１．２は、この異なる横周期性Ｔ１，Ｔ２で周期的に配置されている。
【００５０】
基準パルス信号ＲＩを生成するために利用される部分光束が、走査ユニット１０の分割格子１９から来て複数組の第１構造要素３１．１及び第２構造要素３１．２を有する基準マーク３１の領域上に当たる場合、これらの部分光束は、異なる組の異なる横周期性Ｔ１及びＴ２に起因してｙ−ｚ平面内のｙ方向にも異なって回折される。この場合、それぞれの回折角度は、公知のようにそれぞれの横周期性Ｔ１，Ｔ２に直接関連している。基準マーク３１の領域から後方反射した部分光束が、走査ユニット１０内の結像光学系１２を透過して絞り面内に結像される。そこに配置された２つの絞り構造１３．１，１３．２が、それぞれの多数のアパーチャの幾何配置に関連して複数組の基準マーク３１の第１構造要素３１．１及び第２構造要素３１．２の幾何配置に合わせられている。すなわち、第１絞り要素１３．１の開口部は、複数組の第１構造要素３１．１の配置に合わせられていて、第２絞り構造１３．２の開口部は、第２構造要素３１．２の複数の組の配置に合わせられている。このことは、図２と３ｂとの比較から分かる。すなわち図２中に示された例による基準マークでは、４組の第１構造マーク３１．１が設けられている。示された４つのアパーチャを有し、これらの４組の第１構造マーク３１．１に合わせられた第１絞り構造１３．１が、これらの４組の第１構造マーク３１．１に割り当てられている；同様に、４組の第２絞り構造要素３１．２に合わせられた第２絞り構造１３．２のアパーチャが、４組の第２絞り構造要素３１．２に割り当てられている；明らかにその他の数の組のアパーチャ及び構造要素も選択され得る。アパーチャの位置を選択する場合、結像光学系１２に起因して生じる結像スケールｍを当然にさらに考慮する必要がある。
【００５１】
このような調整の結果、絞り構造１３．１，１３．２に後続配置された両検出要素１５．１，１５．２がそれぞれ、基準位置ｘＲＥＦに隣接した領域内でこれらの検出要素１５．１，１５．２によって検出される信号Ｓ１，Ｓ２の信号最大値を検出できる。
【００５２】
既に上述したように、結像光学系は、代わりに多数の単レンズを有するレンズアレイとしても構成され得る。これによって、線分方向ｙにより長い構造要素を有する組が、絞り面内に結像され得る。このことには、検出された信号の信号強度に関する利点がある。この場合、構造要素を有する１組の各部分配列が、１つの単レンズによって結像される。この別形態でも、絞り構造１３．１，１３．２の１つのアパーチャが、構造要素３１．１，３１．２の各組に限定して割り当てられている。同様に、アパーチャの位置が、結像スケールｍを有する結像光学系１２を介した構造要素３１．１，３１．２の組の結像から調整されて得られる。
【００５３】
基準位置ｘＲＥＦの周りの領域内の検出要素１５．１，１５．２で発生する信号Ｓ１，Ｓ２が、図４ａ中に示されている。興味対象の基準パルス信号ＲＩが、どのようにしてこれらの信号Ｓ１，Ｓ２から最終的に生成可能であるかを以下の説明の過程でさらに詳しく説明する。
【００５４】
インクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢを生成するための説明は、特に図２及び図１ａ及び１ｂを参照のこと。これらの図では、インクリメンタル信号を生成する部分走査光路がそれぞれ破線で示されている。
【００５５】
この場合、光源１４から放出されたインクリメンタル信号を生成する光束が、分割格子１９を回折されずに透過した後に反射基準尺３２上のインクリメンタル目盛３３．２に到達する。ｘ−ｚ平面内で分割された部分光束が、インクリメンタル目盛３３．２から走査ユニット１０の方向に後方反射し、走査板１１に配置された走査格子１８．３，１８．４の下面を透過する（図１ａ）。これらの走査格子１８．３，１８．４は、部分光束をｙ方向に回折させる。その結果これらの部分光速は、走査板１１の上面の２つの反射要素１７．１，１７．２上に当たる（図１ｂ）。これらの両部分光束は、これらの反射要素１７．１，１７．２から走査板１１の下面上の別の走査格子１８．１，１８．２の方向に後方反射する。次いでこれらの走査格子１８．１，１８．２は、部分光速を反射基準尺３０上の第２インクリメンタル目盛３３．１の方向に再び後方回折させる（図２）。これらの部分光速は、インクリメンタル目盛３３．１から走査板１０の方向にもう１回後方反射する。後方反射したこれらの両部分光速は、走査ユニット１０で走査板１１の下面上の結合格子１８．５上に到達する。３対の干渉する部分光束が、結合格子１８．５から後続配置された３つの検出要素２０．１，２０．２，２０．３の方向に最後に伝播する。これらの検出要素２０．１，２０．２，２０．３は、120°ずつだけ移相している周期信号を検出するために使用される。これらの周期信号は、移相に応じて変調される。これらの変調された周期信号は、さらに公知の方法で−示されなかった−後続配置された電子機器によって90°だけ移相している２つのインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢに最後に変換される。インクリメンタル走査に関してその他の点は、本出願人のドイツ連邦共和国特許出願第102006042743.2号明細書を参照のこと。
【００５６】
基準パルス信号ＲＩ及びインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢの双方を生成するための異なる光学要素の配置が、図３ａ及び３ｂ中に示されている。
【００５７】
既に上述したように、信号Ｓ１，Ｓ２が、図４ａ中に示されているように基準位置ｘＲＥＦの領域内で検出要素１５．１，１５．２によって生成される。しかしながら、特に先に説明されているような、例えば0.5μｍの信号周期を有する高い分解能のインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢが利用される場合、約15μｍを有する信号Ｓ１，Ｓ２の幅は、基準パルス信号ＲＩに対してはまだ十分に狭くない。この場合、基準位置ｘＲＥＦの領域内で、生成されたインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢの幅に一致する幅を有する基準パルス信号ＲＩを出力側で自由に処理できることが基本的に望ましい。この実施の形態では、この理由から、信号Ｓ１，Ｓ２が、図５中に示された回路配置によって以下で説明するようにさらに処理される。
【００５８】
この場合、検出要素１５．１，１５．２の信号Ｓ１，Ｓ２が、電流電圧変換器２１．１，２１．２に最初に供給される。引き続き和信号Ｓ１＋Ｓ２及び差信号Ｓ１−Ｓ２が、後続接続された加算器２２及び減算器２３によって生成される；これらの付随する和信号及び差信号Ｓ１＋Ｓ２，Ｓ１−Ｓ２が、図４ｂ中の基準位置ｘＲＥＦの範囲内に示されている。引き続き和信号Ｓ１＋Ｓ２が、第１比較器２４．１に供給される。基準信号又はトリガー閾値ＴＲ１が、第１比較器２４．１の他方の入力部に入力される。差信号Ｓ１−Ｓ２が、第２比較器２４．２及び第３比較器２４．３に入力される。トリガー閾値ＴＲ３及びＴＲ２が、基準信号としてこれらの第２比較器２４．２及び第３比較器２４．３の他方の入力部に入力される。図４ｂ中には、和信号Ｓ１＋Ｓ２及び差信号Ｓ１−Ｓ２に対する異なるトリガー信号ＴＲ１，ＴＲ２及びＴＲ３の位置が示されている。引き続き第１比較器２４．１の出力信号が、ＡＮＤゲート２５．１の第１入力部に供給される。第２ＡＮＤゲート２５．２の出力信号が、ＡＮＤゲート２５．１の第２入力部に供給される。第２比較器２４．２，及び第３比較器２４．３の出力信号が、第２ＡＮＤゲート２５．２に供給される。トリガー閾値ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３の示されている選択及び生じる論理ＡＮＤ結合の場合、希望する基準パルス信号ＲＩが、ＡＮＤゲート２５．１の出力部に出力される。図４ｃ中に示されているように、希望する基準パルス信号ＲＩは、幅ｂＲＩ＝0.5μｍを有し、この幅ｂＲＩ＝0.5μｍは、生成されたインクリメンタル信号ＩＮＣＡ，ＩＮＣＢの幅ｂＩＮＣに一致する。
【００５９】
以下に、反射基準尺３０の側面上の基準マーク３１の好適な構成をさらに詳しく説明する。以下で説明する手段によって、基準パルス信号ＲＩの生成時の中立回転点の位置が、インクリメンタル信号の生成時の中立回転点の位置に適合され得ることを特に保証することができる。既に上述したように、このことは、走査ユニット１０及び反射基準尺３０の場合によっては起こりうる傾き時の誤測定を回避するための重要な手段である。
【００６０】
この目的のため、既に上述した基準マーク３１の構造要素３１．１，３１．２を回折光学素子又は回折構造要素として構成することが提唱されている。これらの回折光学素子又は回折構造要素は、測定方向ｘに所定の焦点距離ｆを有するシリンダレンズのように光学的に作用し、したがって測定方向ｘに虚焦点又は実焦点を反射基準尺から焦点距離ｆの距離で有する。ｙ−ｚ平面内では、構造要素３１．１，３１．２が、横周期性Ｔ１又はＴ２を有する格子として機能するように、これらの構造要素３１．１，３１．２は、光学作用を有する。
【００６１】
インクリメンタル信号走査の中立回転点が、系に起因して反射基準尺３０の上方又は下方にある場合、構造要素３１．１，３１．２の選択された焦点距離ｆが、インクリメンタル信号走査の中立回転点の半分の距離に一致する。この方法により、基準パルス信号生成の中立回転点の位置が、インクリメンタル生成の中立回転点の位置に適合され得る。したがって、さもなければ走査ユニット１０及び反射基準尺３０の場合によっては起こりうる傾き時に生じる位置測定時の誤差を回避することができる。
【００６２】
さらに、走査ユニット１０内の結像光学系１２を物体側で構造要素３１．１，３１．２の焦点面の位置に適合することが提唱されている。この焦点面は、結合光学系１２を介して絞り構造１３．１，１３．２が配置されている絞り面内に結像される。これらの要件は、結像光学系１２の位相関数によって以下のように表わすことができる：
【００６３】
【数１】
2008129021.tif 000003
【００６４】
λＤ  ＝  使用される光源の波長
ｘ  ＝  測定方向の座標
ａ１  ＝  基準尺平面と結像光学系との間の距離
ａ２  ＝  結像光学系と絞り面との間の距離
ｎ  ＝  走査板の屈折率
ｆ  ＝  基準マークの構造要素の焦点距離
この場合、位相関数は、結像光学系１２の等高線状のこの結合光学系１２の幾何学的形状を示す。
【００６５】
結合光学系１２の結像スケールｍが、特に以下のように選択される：
【００６６】
【数２】
2008129021.tif 000004
【００６７】
ａ１  ＝  基準尺平面と結像光学系との間の距離
ａ２  ＝  結像光学系と絞り面との間の距離
ｎ  ＝  走査板の屈折率
ｆ  ＝  基準マークの構造要素の焦点距離
図６ａ中には、中立回転点Ｎが走査条件で明らかに基準尺平面の下に存在する事実が概略的に示されている。基準マーク３１の構造要素３１．１，３１．２の焦点距離ｆが、明らかなように反射基準尺３０から中立回転点Ｎの距離の半分に等しく選択され、結像光学系１２が、この焦点距離の位置に調整される。
【００６８】
これに対して図６ｂは、中立回転点Ｎが走査条件により明らかに基準尺平面の上に存在する場合を概略的に示す。基準マーク３１の構造要素３１．１，３１．２の焦点距離ｆは、明らかなように反射基準尺３０から中立回転点Ｎの距離の半分に同様に等しく選択され、結像光学系１２が、この焦点距離の位置に同様に調整される。
【００６９】
図６ｂによる状況の場合、ｙ方向に沿った軸線周りの反射基準尺３０の場合によっては起こりうる角度値αだけの傾き時に（図６ｃ）、結像光学系１２の焦点の変位は、直線近似で2fαだけである。これは、インクリメンタル信号の変位量に一致する。すなわち基準信号の生成及びインクリメンタル信号の生成は、傾きによって同等に影響を受ける。
【００７０】
したがって本発明の基準マークの構成によって、基準パルス信号の生成の中立回転点が、インクリメンタル信号の生成の中立回転点に一致する。このとき両信号は、本発明の手段に起因して走査ユニットに対する反射基準尺の場合によっては起こりうる傾きによって影響を受ける。所定の光学作用の構造要素を有する上述した解決手段は、インクリメンタル信号の生成の中立回転点が走査原理によって基準尺平面から明らかに離れている場合に対して特に有益に、基準パルス信号の生成の中立回転点の位置の適合を可能にする。
【００７１】
対応する走査原理の場合、インクリメンタル信号の生成の中立回転点が、基準尺平面に対して比較的近くに隣接して存在することもさらに可能である。この場合、個々の組の構造要素を説明したシリンダレンズの光学特性で構成するのではなくて、構造要素の横断面を四角形に構成することが有益であると実証されている。一方では所定の光学作用を呈する上述した構造要素を有する組と他方ではこのような光学作用なしの構造要素を有する組との混合配置が、基準パルス信号の生成の中立回転点を基準尺平面の直近に移動することを可能にする。
【００７２】
以下に、上述した第１の実施形と僅かに異なる本発明のエンコーダの第２の実施形を図７ａ，７ｂ及び８ａ，８ｂに基づいて説明する。図７ａ及び７ｂは、先の例と同様に第２の実施形の部分走査光路を同様に示す。図８ａ及び８ｂ中には、走査板の下面及び上面の正面が示されている。以下では主に、第１の実施の形態と異なる要素又は機能だけを説明する。
【００７３】
図中では、実線の部分走査光路は、基準パルス信号を生成するために使用する部分走査光路を示し、破線で示された部分走査光路は、インクリメンタル信号を生成する部分走査光路を示す。
【００７４】
最初の例とは異なり、一方では反射基準尺３３０上の基準マーク３３１が収束照射される。基準マーク３３１の収束照射は、基準パルス信号の生成の中立回転点の位置が反射基準尺３３０と走査ユニット３１０との間の距離にほとんど依存しないという利点を呈することが実証されている。図７ｂ中には、走査格子３１９と基準マーク３３１との間の収束照射光路が示されている。この距離からインクリメンタル信号の生成の中立回転点の位置のこの非依存性は、インクリメンタル目盛３３３．１，３３３．２の選択された走査によってさらに保証されている。
【００７５】
基準マーク３３１のこのような収束照射を保証するため、示された実施の形態では、図８ａ中の走査板３１１の下面の正面でも示さされている走査ユニット３１０内の分割格子３１９が、湾曲した格子線を有する回折分光器の形態の結像レンズとして構成される。
【００７６】
第２の実施の形態では、結像レンズとしての分割格子３１９の構成が、走査光路を新たに変更させる。したがって、生じる基準パルス信号が、走査距離の変化時でも位置に応じて変化しないように、分割格子３１９と走査板３１１上の絞り構造３１３．１，３１３．２とが互いに精確に整合されていることが重要である。これらの要素の精確な整合を製造時に技術的に簡単に実現できるようにするため、絞り構造３１３．１，３１３．２及び分割格子３１９が、第１の実施の形態と異なって走査板３１１の同じ側面上に配置されることがこの第２の実施の形態で提唱されている。図８ａは、走査板３１１の下面を示す。この場合、それぞれの絞り構造３１３．１，３１３．２が、結像光学系３１２．１，３１２．２の要素に隣接してｙ方向に配置されている。
【００７７】
この代わりに、絞り構造及び分割格子を走査板の上面に取り付けることも通常可能である。
【００７８】
この例の絞り構造３１３．１，３１３．２を走査板３１１の下面に配置できるようにするため、例えば図８ｂ中に示されているように、走査光路内に先の例とは異なって反射素子３２１．１，３２１．２が、走査板３１１の上面にさらに配置されている。この走査光路を考慮した場合、−図７ｂ中で分かるように−基準マーク３３１から走査ユニット３１０の方向に反射した部分光束が、最初に−この例では二つの部分から成る−結像光学系３１２．１，３１２．２から追加の反射素子３２１．１，３２１．２を介して走査板３１１の下面の絞り構造３１３．１，３１３．２の平面内に結像される。反射素子３２１．１，３２１．２が、図８ｂ中の走査板３１１の上面の正面内で確認できる。このとき、検出素子３１５．１，３１５．２の方向の後方反射が、走査板３１１の下面の絞り構造３１３．１，３１３．２によって生じる。この光路に起因して、この実施の形態の絞り構造３１３．１，３１３．２は、当然に光透過に／光非透過に構成された構造として構成されていなくて、反射する／反射しない構造として構成されている。
【００７９】
第１の実施の形態に比べて僅かに変更した基準パルス信号を生成するためのこの走査光路は、さらなる別の変更を最終的に引き起こす。したがって図７ｂから分かるように、結像する光学作用のほかに、ｙ方向のそれぞれの横方向の回折作用も、結像光学系３１２．１又は３１２．２によって生じることが必要である。図８ａ中の走査板３１１の下面の正面で概略的に示されているように、このことは、結像光学系３１２．１，３１２．２がそれぞれ回折格子レンズ構造として構成される場合に保証され得る。
【００８０】
この実施の形態では、基準パルス信号及びインクリメンタル信号の生成は、説明した変更以外は先に説明した例のように機能する。
【００８１】
最後に本発明のエンコーダの２つの別の実施の形態を説明する。これらの実施の形態の場合、説明した両実施の形態に比べて、追加の手段が、特定の誤差の影響を補償するために設けられる。すなわち、光源から走査板に対して基準マーク方向に来る光束が伝播する角度の望まない変化時に、誤差が基準パルス信号の生成時に生じることが分かっている。
【００８２】
本発明の第３の実施の形態を図９ａ〜９ｃに基づいて説明する。この第３の実施の形態は、走査ユニット側に基準パルス信号及びインクリメンタル信号を生成する上述した成分のほかに補正手段をさらに有する。これらの補正手段は、補助信号の生成を可能にする。これらの補助信号は、先に説明した−誤差を引き起こす−角度変化に対する目安を示し、このような誤差の排除を考慮して評価され得る。以下の説明では、補助信号の生成及び利用だけを説明する。基準パルス信号及びインクリメンタル信号の生成は、使用される走査原理に関して第１の実施の形態に等しい。
【００８３】
補正手段は、図９ａ中には走査ユニット１１０の走査板１１１の右の部分の領域内に配置されていて、そこに符号１２６，１２７，１２８．１，１２９．１，１２９．２で付記されている。図９ｂ及び９ｃは、第１の実施の形態と同様に補正手段１２７，１２８．１，１２８．２又は１２６を有する走査板１１１の上面及び下面の正面を示す。
【００８４】
補助信号を生成するため、図９ａにしたがって、１本の部分光束が、分割格子１１９を介して光源１１４から来る光束から分離される。分離された部分光束は、反射するフレネルレンズ１２７の方向に伝播する。このフレネルレンズ１２７は、走査板１１１の上面に配置されている。フレネルレンズ１２７の結像側の焦点が、分割格子１１９の平面内に存在するように、このフレネルレンズ１２７は光学的に寸法決めされている。部分光束が、補助信号を生成するフレネルレンズ１２７から走査板１１１の下面の反射素子１２６の方向に偏向される。この反射素子１２６は、フレネルレンズ１２７の焦点面内に配置されている。部分光束が、反射素子１２６から走査板の上面の方向に後方偏向する。この場合、互いに垂直に配置された異なる格子定数の２つの周期格子構造１２８．１，１２８．２が設置されている。２つの補助信号検出素子１２９．１，１２９．２が、これらの周期格子構造１２８．１，１２８．２の後方に配置されている。これらの補助信号検出素子１２９．１，１２９．２は、これらの格子構造１２８．１，１２８．２によって回折された部分光束を検出する。
【００８５】
図１０から分かるように、両補助信号の検出要素１２９．１，１２９．２が、減算器１４２によって互いに減算される。発生した差信号が、補助信号として調整可能な増幅器１４３に供給される。トリガー閾値ＴＲ２が、この増幅器１４２の出力部に出力されるか、又は、トリガー閾値ＴＲ３が、調整要素１４４を通じて出力される。調整要素１４４は、例えば制御可能なツェナーダイオードとして構成され得る。一定な電圧降下が、このツェナーダイオードによって設定される。したがって基準パルス信号の幅は同じままで、この基準パルス信号の位置だけが後に制御される。
【００８６】
こうして生成されたトリガー閾値ＴＲ２，ＴＲ３は、図５の回路配置内で比較器２４．２，２４．３の基準信号又はトリガー閾値として利用され得る。
【００８７】
この実施の形態では、光源１１４から来る光束の入射角が、測定方向ｘに場合によっては変化すると、格子構造１２８．１，１２８．２の移行領域内で生成した像の位置が変化する。その結果、生じた差信号が同様に変化する。したがってこの差信号は、このような角度変化に対する目安として機能され得る。
【００８８】
引き続き、補助信号を生成する補正手段の第２の実施形を有する本発明の装置の第４の実施形を図１１ａ〜１１ｃに基づいて説明する。
【００８９】
異なる補正手段が、図１１ａ中に同様に再び走査ユニット２１０の走査板２１１の右側の部分の領域内に配置されていて、そこで符号２２６，２２７．１，２２７．２，２２８．１，２２９．１，１２９．２で付記されている。第３の例のように、図１１ｂ及び１１ｃは、第１の実施の形態と同様に補正手段２２７．１，２２７．２，２８．１，２２８．２又は２２６を有する走査板２１１の上面及び下面の正面を示す。
【００９０】
補助信号を生成するため、図１１ａにしたがって、１本の部分光束が、先の例のように分割格子２１９によって光源２１４から来る光束から分離される。引き続きこの部分光束は、反射基準尺２３０に面しない走査板２１１の側面に配置された格子レンズ構造２２７．１，２２７．２上に当たる。この格子レンズ構造２２７．１，２２７．２は、その幾何学構造及び光学構造に関して反射基準尺上の基準マーク３２１に一致し、焦点を分割格子２１９の平面内に有する。部分光束は、格子レンズ構造２２７．１，２２７．２から反射要素２２６の方向に後方反射する。この反射要素２２６は、走査板２１１の下面の格子レンズ構造２２７．１，２２７．２の焦点内に配置されている。そこから反射した部分光束が、多数のアパーチャを有する２つの絞り構造２２８．１，２２８．２上にさらに当たる。これらの絞り構造２２８．１，２２８．２のアパーチャを透過した光が、後続配置された補助信号の２つの検出要素２２９．１，２２９．２によって検出される。次いで補助信号の検出要素２２９．１，２２９．２の出力部に出力される信号が、先の例のように差信号に変換される。この差信号は、トリガー閾値ＴＲ２，ＴＲ３を調整する補助信号として使用される。このため、図１０に基づいて既に説明したのと同じ回路配置が使用され得る。
【００９１】
基準マークに向かう光束の入射角の上述した場合によっては起こりうる変動が、提唱されている補正手段のこれらの実施形によっても検出でき補正できる。
【００９２】
説明した実施の形態のほかに、その他の構成の可能性も、本発明の範囲内で明らかに存在する。
【００９３】
すなわち、例えば図１ｂ中で認識可能な分割格子１９から基準マーク３１への照射光束の斜めの入射の代わりに、基準マーク３１の垂直に入射する照射を実現することも可能である。このような実施形は、走査ユニット及び反射基準尺の場合によっては起こりうる特定の方向への傾き時の基準パルス信号の位置に関する利点を呈する。
【００９４】
既に上述したように、さらにリニア式の測定配置及び回転式の測定は位置の双方を本発明の考えに基づいて構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１ａ】基準パルス信号の生成を説明するための本発明のエンコーダの第１の実施形の部分走査光路の第１の正面図である。
【図１ｂ】基準パルス信号の生成を説明するための本発明のエンコーダの第１の実施形の部分走査光路の第２の正面図である。
【図１ｃ】インクリメンタル信号の生成を説明するための本発明のエンコーダの第１の実施形の部分走査光路の第３の正面図である。
【図２】基準マークの部分拡大部分を含む本発明のエンコーダの第１の実施形の反射基準尺の部分平面図である。
【図３ａ】本発明のエンコーダの第１の実施形の走査板の下面の平面図である。
【図３ｂ】本発明のエンコーダの第１の実施形の走査板の上面の平面図である。
【図４ａ】本発明のエンコーダによって基準パルスを生成するために生じる信号を示す。
【図４ｂ】基準パルス信号を生成するために利用されるトリガー閾値並びに図４ａによる信号から生成される和信号及び差信号を示す。
【図４ｃ】インクリメンタル信号及び基準位置に対して生じる基準パルス信号を示す。
【図５】図４ａ〜４ｃにしたがって異なる信号を処理し、基準パルス信号を生成する適切な回路配置の概略図である。
【図６ａ】中立回転点の異なる位置を有するつまり傾いた反射基準尺を有する図１ｂに類似した異なる図である。
【図６ｂ】中立回転点の異なる位置を有するつまり傾いた反射基準尺を有する図１ｂに類似した異なる図である。
【図６ｃ】中立回転点の異なる位置を有するつまり傾いた反射基準尺を有する図１ｂに類似した異なる図である。
【図７ａ】基準パルス信号を生成するための本発明のエンコーダの第２の実施形の部分走査光束の第１の正面図である。
【図７ｂ】基準パルス信号を生成するための本発明のエンコーダの第２の実施形の部分走査光束の第１の正面図である。
【図８ａ】本発明のエンコーダの第２の実施形の走査板の下面の正面図である。
【図８ｂ】本発明のエンコーダの第２の実施形の走査板の上面の正面図である。
【図９ａ】第３の実施形の走査光路の一部の概略図である。この第３の実施形は、光束の傾きのドリフトを補正する追加の補正手段を有する。
【図９ｂ】本発明のエンコーダの第３の実施形の走査板の上面の正面図である。
【図９ｃ】本発明のエンコーダの第３の実施形の走査板の下面の正面図である。
【図１０】光束の傾きのドリフトを補正する補助信号を処理するための回路配置の概略図である。
【図１１ａ】第４の実施形の走査光路の一部の概略図である。この第４の実施形は、光束の傾きのドリフトを補正する別の補正手段を有する。
【図１１ｂ】本発明の第４の実施形の走査板の上面の正面図である。
【図１１ｃ】本発明のエンコーダの第４の実施形の走査板の下面の正面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  走査ユニット
１１  走査板
１２  結像光学系
１４  光源
１６  コリメート光学系
１７  反射要素
１９  分割格子
３０  反射基準尺
３１  基準マーク
３２  支持本体
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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