(57)【要約】本発明は、測定区域に適用された測長手段（１０２）と測長手段の時間的変動を与えるための測長変動ユニット（Ｂ）を具備する、位置検出のための装置に関係する。検出器（１０８）は、測定された区域の長さと変動の関数として上記測長手段（１０２）を観測し、測定信号を生成する。前記測定信号は、測長手段の時間的変動の関数として評価される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出のための方法であり、
測長手段（１０２）を測定区域に適用することと、前記測長手段は経時変動を受け、
前記測長手段（１０２）を観測することによって得た測定信号を前記経時変動に基づいて評価することと、
を含んでなる方法。
【請求項２】
前記測長手段（１０２）の前記経時変動は、前記測長手段（１０２）の測定幅を時間の経過に伴い変えることを含んでなる、請求項１に記載の方法。  
【請求項３】
前記測長手段（１０２）の前記経時変動は、基準点に相対的な前記測長手段の位置を時間の経過に伴い変えることを含んでなる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定信号の前記評価は、
前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調することと、
前記復調された測定信号を使用して前記位置検出を行なうこととを含んでなる、請求項１からの請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記測定信号（２０８）の前記評価は、
前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調することと、
前記経時変動に依存し、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記測定信号（２０８）を復調することと、
前記復調された測定信号を使用して前記位置検出を行なうこととを含んでなる、請求項１からの請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記測長手段（１０２）は変動周波数ｆで伸縮され、前記測定信号（２０８）は周波数ｆと周波数２ｆで復調される、請求項１からの請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記測長手段（１０２）は周波数ｆで前後に動かされ、前記測定信号（２０８）は周波数ｆと周波数２ｆで復調される、請求項１からの請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記測長手段（１０２）を実現するための波動場を検出することをさらに含んでなる、請求項１からの請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記測長手段（１０２）の前記経時変動は、前記波動場の波長を変化させることによって発生される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記測長手段（１０２）の前記経時変動は、前記測定区域の中に配置されたミラー（７）による振動運動によって発生される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
位置検出のための装置であり、
測定区域中に波動場を発生させるための発生源（１、２０１）と、
前記波動場を時間の経過に伴い変動させるための波動場変動装置（Ｂ；７、２１６）と、
前記測定区域の長さに依存する、前記波動場に対する干渉パターンを発生させる干渉計（２０３、３０３、４０３）と、
検出された前記干渉パターンに基づいて測定信号（２０８）を生成するための検出器（８、１０８）と、 
前記経時変動に基づいて前記測定信号（２０８）を評価する評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）と、
を具備する装置。
【請求項１２】
前記波動場の変動は、前記波動場の波長及び／または経路位相の変動を含んでなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記発生源（２０１）は、可変の波長をもつ波動場を発生させるように設計される、請求項１１または請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記波動場変動装置は、前記測定区域中の前記波動場の前記経路位相を時間の経過に伴い変化させるための位相シフタ（７）を具備する、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記位相シフタは可動ミラー（７）を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１６】
前記干渉計はファブリー・ペロー干渉計（４０３）である、請求項１１から請求項１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記ファブリー・ペロー干渉計 （４０３）のフィネスは、１０．０未満、とりわけ５．０未満、またはさらに１．０未満である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記干渉計はマイケルソン干渉計（２０３、３０３）である、請求項１１から請求項１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調し、前記経時変動に依存し、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記波動場変動装置（Ｂ；７、２１６）は、変動周波数ｆで前記波動場を経時変動させるように設計され、
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記周波数ｆと２ｆで前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１１から請求項２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記検出器（８）がそれを通じて前記干渉計（２０３、３０３、４０３）へ連結される導光手段（２０７）をさらに具備する、請求項１１から請求項２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記導光手段（２０７）は、前記発生源（２０１）により発生された光を前記干渉計（２０３、３０３、４０３）中へ注入するために使用される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
位置検出のための装置であり、
測定区域に結合された測長素子（１０２）と、
前記測長素子（１０２）の測定パターンを時間の経過に伴い変動させるための測長素子変動装置（Ｂ）と、
測定区域の変化に影響される前記測定パターンを観測することによって測定信号を生成するための検出器（１０８）と、
前記測定信号を前記経時変動に基づいて評価する評価回路（１０５）と、
を具備する装置。
【請求項２５】
前記測定パターンの変動は、前記測定パターンの測定幅及び／または基準点に相対的な位置の変動を含んでなる、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記測長素子（１０２）は、測定パターンがそれに付随した弾性体である、請求項２４または請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記測長素子（１０２）は、測定パターンがそれに付随した剛性体である、請求項２４または請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記測定パターンは、磁気的パターン及び／または電気的パターン及び／またはコントラスト・パターン及び／または構造的パターンである、請求項２４から請求項２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
ポジショナーと位置検出装置を含んでなる装置構成であり、
前記ポジショナー（５００）と、
‐  前記ポジショナー（５００）の測定区域中に波動場を発生させるための発生源（２０１）と、
‐前記波動場を時間の経過に伴い変動させるための波動場変動装置（Ｂ；７、２１６）と、
‐  前記波動場の干渉パターンであり、前記測定区域の長さに依存する干渉パターンを発生させる干渉計（２０３、３０３、４０３）と、 
‐  検出された前記干渉パターンに基づいて測定信号を生成するための検出器（８、１０８）と、
‐  前記経時変動に基づいて前記測定信号（２０８）を評価する評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）と、
を有する前記位置検出装置（１００−１、１００−２、２００、３００、４００）と、
を具備する装置構成。
【請求項３０】
前記ポジショナー （５００）は、１ｍｍ未満、とりわけ１μｍ未満の刻み幅の精密度をもつポジショナーである、請求項２９に記載の装置構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置検出のための方法及び装置、並びにポジショナーと位置検出装置を有する装置構成に関係する。
【背景技術】
【０００２】
多くの応用分野において、ある物体の位置または前記物体が占める範囲の距離を検出することが必要とされる。一例として、搬送自動化技術においては、個々の物体の位置を監視し、評価する必要がある。位置検出の精度が特に重要である適用分野として特に挙げられる分野は、物体が目標を定めた特定の態様で移動される位置決め工学である。このような位置決めを行なうポジショナーは、例えば、研究や産業において利用されている。移動の経路の最大可能な再現性とスケーラビリティに加えて、振動に対する非反応性、頑健性及び設計のコンパクト性などの特性が、実際の使用時には不可欠な役割を果たす。
【０００３】
マイケルソン干渉計を使用した光学的手段によって位置検出を行なうことは、既知の実施法である。図１は、直交検出法を使用した位置検出用に設計されている、二重化マイケルソン干渉計４の設計を示す。レーザ１は、波長λのレーザ光を発生し、そのレーザ光は光ファイバ２によって二重化マイケルソン干渉計４の干渉計ヘッド３へ送られる。干渉計ヘッド３は、コリメータ・レンズ５、２つのビーム・スプリッタ６−１、６−２、２つの参照ミラー７−１、７−２及び２つの検出器８−１、８−２を有する。光ファイバ２のファイバ端から出てくるレーザ光は、コリメータ・レンズ５によって平行光ビームに広げられる。平行光ビームは、第１のビーム・スプリッタ６−１と第２のビーム・スプリッタ６−２を通過し、ミラー９によって反射される。ミラー９は物体（図示せず）に接して配置され、Ｘ方向（両方向の矢印を参照）における物体の位置が監視対象となる。ミラー９によって反射された光は、次に２つのビーム・スプリッタ６−１と６−２を通過し、このとき、どちらも反射光の一部が検出器８−１、８−２の方向へ反射される。この状況で、ビーム・スプリッタ６−１、６−２において各検出器８−１、８−２の方向へ反射された光ビームは、各参照ミラー７−１、７−２によって反射された光ビームとの干渉を起こす。検出器８−１、８−２は、干渉パターンの強度を感知する。各測定信号は、レーザ光の縦波の半分λ／２によって示される周期性をもつ変位ｘに基づき、周期的に振動する。
【０００４】
参照ミラー７−１、７−２が、これらのミラーの鏡面間の間隔がλ／８＋Ｎλ／２（ここでＮ＝０、１、２、３、…）の増分となるように配置されるとすれば、関数 
ｓ ＝ ｃｏｓ（４πｘ／λ）                                            （１）
が検出器８−１からの出力信号に対して得られ、関数
ｓＱ ＝ ｓｉｎ（４πｘ／λ）                                            (２)
が検出器８−２からの出力信号に対して得られる。
【０００５】
まず初めに、（図１に示されない）干渉計ヘッド３が一つだけの干渉計からなる（例えば、ビーム・スプリッタ６−１、参照ミラー７−１及び検出器８−１を具備する）場合について考えてみることにする。この場合、出力信号ｓだけが得られる。この一つの出力信号ｓが、λ／２後に繰り返される。しかし、多くの応用においては、この一つの信号ｓを使用して変位経路ｘを決定することは、変位の方向の決定を行なえないこと、ｘに応じて変わる精密度（コサイン関数の両極限の領域における変位経路の決定は、その中間に位置する稜線領域におけるよりも実質的により小さい精密度で起こり得る）をもつことは不都合である。
【０００６】
直交検出の方法は、これらの２つの欠点を取り除く。この目的のために、第２の検出器８−２からの信号ｓＱが同様に評価される。
【０００７】
２つの信号ｓとｓＱの評価は、変位の方向の決定と変位経路ｘの解明のための一定の精度の両方を可能にする。このために払うべき代償は、２チャネルの測定装置構成（２つの検出器８−１、８−２を有する２つのマイケルソン干渉計）が必要になることである。
【０００８】
さらに、図１に示した二重化マイケルソン干渉計４は小型化できない。その理由は、ビーム・スプリッタ６−１、６−１と参照ミラー７−１、７−２は、配置整合を失わないようにするためには、立体的な、つまり物理的に比較的大きなユニットとして装備される必要があるからである。現在利用可能な最もコンパクトな二重化マイケルソン干渉計の寸法は、通常、１０ｘ１０ｘ５ｃｍである。測定区域（すなわち、ミラー９とビーム・スプリッタ６−１、６−１の間）内では光ファイバ中で光を送ることができない（温度の影響と機械的応力によって、測定区域における長さの変化に等しくなる、ファイバの光学指数の変動が発生する）ため、監視対象の物体に相対的な規定された所定の位置近くに干渉計ヘッドを常に配置しなければならない。このことは、例えば、比較的小さい内蔵型システム等では、内蔵型システムの外部に干渉計ヘッド３を配置できず、光ファイバを介して測定光をシステム内へ送ることができないので、多くの数の応用が不可能になることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が基づく目的は、物体の位置検出を簡単な方法で可能にする方法及び装置を提供することである。特に、高い精度レベルでの位置検出が可能である必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な精巧化は、従属請求項に明記される。
【００１１】
したがって、位置検出のための方法は、測長手段を測定区域に適用することと、上記測長手段は経時変動を受け、上記測長手段を観測することによって得た測定信号を上記経時変動に基づいて評価することを含んでなる。
【００１２】
上記の測長手段という用語は、広い意味をもつと解釈され得るものであり、経路に沿って形成可能であり、測定区域に適用可能である、どのような測定をも含む。測長手段は、測定区域に沿った長さ寸法を得るための特定の規定されたピッチを作り出す。具体的には、各波動場（例えば、電磁波、電場、磁場、音波）が、例えば、その波動場の強度の極限値の位置によって定義され得る測長手段を作り出す。この場合、測長手段を作り出すために、どのような波形でも使用できる。
【００１３】
上記測長手段の経時変動は、測長手段の測定点間の測定幅を時間の経過に伴い変えることを含んでなり得る。このような経時変動は、例えば、その波長を規定された時間関数に基づいて、例えば、周期的に変化させることができる、波動場の発生源によって実現される。上記測長手段を経時変動させるための別のオプションは、固定された基準点に相対的な測長手段の始点を時間の経過に伴い変えることを含む。この場合、測定幅（すなわち、測長手段の測定点間の間隔）は一定に維持でき、規定された時間関数に基づいて（例えば、周期的に）、変位ｘの方向に測長手段が全体として前後に動かされる。測長手段の測定幅を時間の経過に伴い変えること、または固定された基準点に相対的な測長手段の位置を時間の経過に伴い変えることのいずれかによって、上記測長手段を経時変動させることもできる。
【００１４】
一つの有利な精巧化によれば、測定信号の評価は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調することと、復調された測定信号を使用して位置検出を行なうこととを含んでなる。（一つの）測定信号の復調は、評価時に上記測長手段の経時変動を考慮に入れる。
【００１５】
上記方法の一つの有利な精巧化は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調することと、上記経時変動に依存し、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で測定信号を復調することと、復調された測定信号を使用して位置検出を行なうこととを含んでなる。測定信号を２つの異なる周波数で復調することによって、直交検出法を用いて高い精度レベルで位置検出を実行可能になる。
【００１６】
上記測長手段が波動場を用いて形成される場合、上記測長手段の経時変動は、例えば、波動場の波長を変化させることによって及び／または波動場の経路位相の変化させることよって発生させることができる。上記第１の場合、測定幅が時間の経過に伴い変動され、他方、第２の場合、固定基準点に相対的な測長手段の位置が時間の経過に伴い変えられる。
【００１７】
位置検出のための装置は、測定区域中に波動場を発生させるための発生源を具備する。それに加えて、上記装置は、波動場を時間の経過に伴い変動させるための波動場変動装置を有する。さらに、上記装置は、測定区域の長さに依存する、波動場に対する干渉パターンを発生させる干渉計と、検出された干渉パターンを測定信号を生成するための基として取り込む検出器を具備できる。評価回路は、上記経時変動に基づいて測定信号を評価する。
【００１８】
上記評価回路は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調し、上記経時変動に依存し、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で測定信号を復調するように、適切に設計され得る。このような装置は、直交検出法を用いて位置検出を実行可能であり、ただ一つの干渉計とただ一つの検出器があればよい。直交検出法に必要な２つの信号は、測定信号の２つの異なる復調によって評価回路中で生成される。
【００１９】
上記装置の一つの有利な精巧化では、上記干渉計はファブリー・ペロー干渉計であり得る。ファブリー・ペロー干渉計は、小型化するための高い潜在可能性を提供する。一つだけの干渉計が必要とされるので、直交検出法が使用される場合でも、従来技術とは異なり、ファブリー・ペロー干渉計を使用することができる。マイケルソン干渉計型の干渉計が使用される場合には、これは単一チャネルの単一の干渉計の形態をとり得る。
【００２０】
位置検出のための別の装置は、測定区域に結合された測長素子と、上記測長素子の測定パターンを時間の経過に伴い変動させるための測長素子変動装置を具備する。さらに、上記装置は、測定区域の変化に影響される上記測定パターンを観測することによって測定信号を生成するための検出器と、測定信号を上記経時変動に基づいて評価する評価回路を具備する。一例として、上記測長素子は、測定パターンがそれに付随した弾性体であり得る。前記弾性体を伸縮させることによって、測定パターンの測定幅を経時変化させることができる。上記測長素子の別のオプションは、（確固とした）測定パターンがそれに付随した剛性体である。この場合、上記測定パターンは、上記測長素子を、例えば、固定された基準点に相対して周期的に動かすことによって経時変動させることができる。
【００２１】
一例として、上記測定パターンは、磁気帯パターン及び／またはコントラスト・パターンであり得る。例えば、強誘電材料を用いる、または、例えば、表面トポグラフィー等の測定具のような構造物を形成するなどによって、ある測定量を（物理的な）測長素子に認識させるための多くの他のオプションが考えられる。
【００２２】
一つの装置構成は、ポジショナーと上記ポジショナーにとっての位置決め位置を検出するための光学的位置検出装置を含んでなる。上記光学的位置検出装置は、ファブリー・ペロー干渉計と、直交検出を用いて上記ポジショナーの位置決め位置を決定するための基として、上記ファブリー・ペロー干渉計によって送出される測定信号を取り込むように設計される評価装置を有する。この装置構成の一つの利点は、当構成がファブリー・ペロー干渉計の使用により非常に小型化できる点と、直交検出により、ポジショナーの変位の方向を解明する正確な位置検出装置を可能にすることである。このことは、高度な装備包含を伴ってしか位置検出ができなかった、正確な位置検出ができなかった、または位置検出そのものが全くできなかったような多くの種類の応用に上記装置構成が適合することを意味する。一例として、この装置構成は、１ミリメートル未満の範囲または１ミクロン未満の範囲でのポジショナーを有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】既知の二重化マイケルソン干渉計の設計の概略図を示す。
【図２】本発明の第１の態様に基づいた例示的な実施形態の概略基本図を示す。
【図３】本発明の第２の態様に基づいた例示的な実施形態の概略基本図を示す。
【図４】直交検出中に得た信号と前記信号の評価のグラフを示す。
【図５】本発明の例示的な実施形態の概略図を示す。
【図６】本発明の例示的な実施形態の概略図を示す。
【図７】本発明の例示的な実施形態の概略図を示す。
【図８】図８は、並進移動のためのポジショナーの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照して、以下に、本発明を実施例として説明する。
【００２５】
図２は、位置検出装置１００−１の第１の例示的な実施形態の基本図を示す。物体１０１はｘ方向に移動する。物体１０１の位置または移動を捕捉するために、測長手段１０２が備えられる。前記測長手段１０２は、既に言及したように、例えば、波動場によって、または測定ピッチが刻印された物によって、多種多様な方法で実現され得る。位置検出装置１００−１は、特定の位置１０２ａで測長手段１０２を観測する検出器１０８を具備する。測長手段は、光学的にまたは他の方法で（例えば、機械的にまたは測定によって誘起された磁場を捕捉することによってなど）観測可能である。検出器１０８からの光信号は、第１の復調器１０４−１において復調される。復調中に生成された信号は、物体１０１の位置または物体１０１が占める範囲の距離に関連する一つの情報ｘを出力する評価ユニット１０５へ供給される。直交検出の場合には、検出器１０８によって出力された測定信号は、第２の復調器１０４−２にも供給される。後者の測定信号も同様に復調信号を生み出し、この復調信号が評価ユニット１０５に供給され、直交検出の原理に基づいた評価に使用される。
【００２６】
図２に示した例示的な実施形態では、時間の経過を通じて一定である測定幅をもつ測長手段１０２が考えられる。測長手段１０２は、物体１０１と一緒に移動するようになっている、すなわち、物体１０１の並進が測長手段１０２の応分の並進に移転される。物体の移動によって引き起こされた測長手段１０２の前記並進は、測長手段の上に重ねられた追加の移動成分を有するものと意図される。この移動成分は、測長手段１０２による周期的な、例えば、揺動によって表現され得る。並進の方向に平行な前記揺動は、双頭の矢印Ｂによって示される。一例として、測長手段１０２は、物体１０１に相対的に周波数ｆで変位ｘの方向に平行に揺動できる。この場合、測長手段１０２上の検出器１０８によって観測される点１０２ａは、物体の１０１の位置に依存するとともに、測長手段１０２の上に重ねられた揺動にも依存する。第１の復調器１０４−１における復調と第２の復調器１０４−２における復調は、測長手段１０２の重畳された周期的動きに基づいて行なわれる。復調器１０４−１と１０４−２における復調は、例えば、周波数ｆでの復調が第１の復調器１０４−１で行なわれ、周波数２ｆでの復調が第２の復調器１０４−２で行なわれることによって、各々異なる方式で周波数ｆでの揺動を考慮に入れる。その結果、２つ復調器１０４−１と１０４−２は、２つの異なる方式で復調された信号を提供し、これらの信号が、以下により詳しく説明するように、直交検出の原理を用いて物体１０１の位置を決定することを可能にする。しかし、測定信号を復調するために単一の復調器１０４−１だけが使用される場合に特に、（直交検出を用いなくても）物体１０１の位置を決定することも同様にできる。
【００２７】
図３は、位置検出装置１００−２のさらに別の例示的な実施形態の基本図を示す。同一または同等の要素は、同じ参照記号によって示した。位置検出装置１００−２が位置検出装置１００−１と根本的に異なる点は、物体１０１によって引き起こされた測長手段１０２の並進移動が測長手段の上に重ねられた移動成分を有し、この移動成分が、ここでは、経時変動する測定幅 ａ（ｔ）によって表現され得るということだけである。測定幅 ａ（ｔ）の経時変動は、特定の振幅をもつ時間的に周期的な揺動によって同様に表現され得る。並進の方向に平行なこの揺動は、２つの矢印Ｂで示される。
【００２８】
伸縮するこのような測長手段１０２の一つのイメージのしかたは、言わば、測長手段１０２が弾性材料からなり、機械的に伸縮されることである。多くの場合、周期的に、例えば、周波数ｆで変化する測定幅 ａ（ｔ）を有する測長手段１０２は、波長λ（ｔ）の波動場によって表現される。この波長λ（ｔ）は周波数ｆで変調され、前記波動場は波動場発生源によって発生される。第１の例示的実施形態１００−１の場合と同様に、測長手段１０２上の検出器１０８によって観測される点１０２ａは、物体の位置ｘと測長手段１０２の変調の両方に依存する。検出器１０８によって送出された測定信号は、第１の例示的実施形態（図２）の場合と同様に、位置検出装置１００−２内で復調され得る。この場合も、物体１０１の位置は、単一の復調器１０４−１によっても、または両方の復調器１０４−１、１０４−２（直交検出用）によっても検出可能である。
【００２９】
言い換えれば、測長手段１０２は、周期的な、例えば、その始点の再配置（図２）及び周期的な、例えば、測定幅 ａ（ｔ）の変更 （図３を参照）を行なうことができる。測長手段１０２が波動場（例えば、電磁波）によって作られるとするならば、時間の経過に伴う、基準点に対する測長手段の位置の周期的変更は、波長が時間の経過を通じて一定であるときの波動場の経路位相の変調に相当し、一方、時間の経過に伴う、測長手段の測定幅の周期的変更は、波動場の波長の変調に相当する。時間の経過に伴う、基準点に対する測長手段の位置の周期的変更と測長手段１０２の測定幅の変調の両方を実施することも可能である。例示的に言うならば、測長手段１０２の変調は、測長手段１０２が全体として揺動（図２）するようにさせ、または振動性の伸縮動作（図３）を行なわせ、または並進移動の上に重ねられ、かつ前記２つの振動型の動作の上にそれ自体重畳する移動を実行させる。
【００３０】
図２と図３は、したがって、測定区域に適用される測長手段１０２と、測長手段１０２を経時的に変動させるまたは変調するための動きＢを発生させる測長変動装置（明示されない）を有する位置検出のための装置１００−１、１００−２を示す。検出器１０８は、（物体１０１が移動している基準系に対して）特定の固定された点１０２ａにおいて、測定区域の長さと経時変動に依存する測長手段１０２を観測し、測定信号を生成する。装置１００−１、１００−２は、測長手段１０２ の経時変動に基づいて測定信号を評価する、評価ユニット１０４−１、場合により１０４−２、及び１０５を具備できる。
【００３１】
図４は、２つのグラフを用いて、直交検出の原理を説明する。図４の左の部分は、測定幅ａの単位に区切られた移動経路ｘ上の２つ信号ｓとｓＱを示す。一般的性質を制限せずに、周波数ｆでの測長手段の変調は、コサイン関数を用いて得られると以降では仮定する。そして、正規化された信号ｓは次のようになる。
ｓ ＝ ｃｏｓ（ｋｘ）                                                  （３）
【００３２】
ここで、ｋ ＝ ２π／ａに基づいて、ｋは測定幅ａに関係付けられる。このような信号ｓが、ｘがａの整数倍である各点において繰り返されるので、経路変位ｘをａの整数単位で測定することが可能になる。波動場によって作られた測長手段の場合には、次の式に基づいて、測定幅ａを波長λによって規定することができる。
ａ ＝ λ／２                                                          （４）
【００３３】
信号ｓの演算符号だけを考慮するならば、変位経路ｘはａ／２の単位で決定され得る。しかし、信号ｓだけを使用して変位の方向に関する一つの情報を得ることはできない。
【００３４】
しかし、変位の方向は、次のような信号ｓＱがあれば、決定可能である。
ｓＱ ＝ ｓｉｎ（ｋｘ）                                                （５）        
【００３５】
ｓとｓＱの同時測定は、移動の方向を明確に決定することを可能にし、位置分解能はａ／４の増分へ改良される（図４の左の部分を参照）。直交検出を用いる従来の位置検出装置の場合には、第２の測定チャネルを備え、このチャネルに対して、測長手段が距離（Ｎ＋１／４）ａ（ここで、Ｎ＝０、１、２、３、…）をとるように、第１の測定チャネルに相対的に配置された、位置検出装置によって信号ｓＱは生成される。図１に示したように、従来の二重化マイケルソン干渉計は、このような２チャネルの設計を有する。
【００３６】
増分ａ／４においては、ずっと高い空間分解能が得られる。図４の右の部分は、オシロスコープのｘ軸とｙ軸上の信号ｓとｓＱを示す。物体１０１が移動方向ｘに移動しているとき、オシロスコープ中の点は円軌道に沿って移動する。移動の経路ｘが測定幅ａに一致するとき、完全な円軌道が達成される。オシロスコープ中の点の回転方向は、物体の移動方向を明確に示す。物体１０１が点Ａから点Ｂへｘ方向に移動するとき、オシロスコープ中の点はＡからＢまでの円周区間を半時計回りに移動することになる。図４の左の部分において物体１０１が点Ｂから点Ａへ移動するとしたら、オシロスコープ中のピクセルは点Ｂから点Ａへ時計回りの移動を起こす。さらに、円軌道上の点の位置が物体の位置の決定を可能にし、その精度は信号ｓとｓＱ中のノイズだけによって制限されることが明らかになる。具体的には、変位経路ｘにわたり精度は一定である、すなわち、信号が、例えば、コサイン関数の極限プロファイルに近いか、稜線プロファイルに近いかということに精度は依存しない。
【００３７】
物体の位置ｘは、次の式に従って、増分ａ／４の数Ｎをカウントし、信号ｓとｓＱを処理することによって得ることができる。
【数１】
2010540943.tif 000003
【００３８】
直交検出の原理は、経時変動する測長手段１０２に対して以下のように拡張される。まず初めに、測長手段１０２の測定幅ａは時間の経過を通じて一定であり、測長手段１０２の位置が時間の経過に伴い周期的に変調される、図２に示した場合を考える。正規化された信号は、次のとおりである。
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋ（ｘ＋ｘ０（ｔ））］ ＋ ｓ０                          （７）
【００３９】
この場合において、ｓ０は、不定ゼロ点に対する任意の時間的に一定なバックグランド信号であり、ｘ０（ｔ）は、時間の経過に伴うｘによるゼロ点の変調を示す。時間の経過に伴い実用上有効な点をｘによって周期的に変調するオプションの特定の場合について、ｘ０（ｔ）に代入する式ｘ０ｃｏｓ（ωｔ）が得られる。ここで、ω ＝ ２πｆ、ｆは変調周波数である。この特定の場合では、次のようになる。
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋｘ＋ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ ＋ ｓ０
したがって                                                          （８）
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋｘ］ｃｏｓ［ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ − ｓｉｎ［ｋｘ］ｓｉｎ［ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ ＋ ｓ０
【００４０】
2010540943.tif 000004
【００４１】
（ｃｏｓ（ωｔ）)２ ＝ （ｃｏｓ（２ωｔ） ＋ １）／２の関係を用いて、上記の関係を３つの項の和として記述することができる。
ｓ ＝ ｓＤＣ ＋ ｓω ＋ ｓ２ω                                        （１０）
【００４２】
第１の項ｓＤＣは、時間に依存しないＤＣ成分であり、これは次の形式で記述することができる。
ｓＤＣ ＝ ｃｏｓ（ｋｘ）（１ − （ｋｘ０／２）２ ＋ｓ０               (１１）
【００４３】
第２の項ｓωは、次の式のとおり、変調周波数ｆでの周期的振動を表す時間的に可変な成分である。
ｓω ＝ ｛−ｋｘ０ ｃｏｓ（ωｔ）｝ｓｉｎ（ｋｘ）                     （１２）
ここで、ω ＝ ２πｆ
【００４４】
第３の項ｓ２ωは、同様に、変調周波数の２倍、すなわち、２ｆでの周期的振動を表す時間的に可変な成分である。
ｓ２ω ＝ ｛−（ｋｘ０／２）２ ｃｏｓ（２ωｔ）｝ｃｏｓ（ｋｘ）       （１３）
【００４５】
検出器１０８によって送出された出力信号は、ここで、変調周波数ｆと変調周波数の２倍の２ｆで復調される。復調には、例えば、ロックイン増幅器を使用できる。信号ｓを使用し、周波数ｆでの復調によって、次のとおりの復調信号Ｓを生成し、
Ｓ ＝ −ｋｘ０ ｓｉｎ（ｋｘ）                                         （１４）
【００４６】
周波数２ｆでの復調によって、次の復調信号を生成する。
ＳＱ ＝ −（ｋｘ０／２）２ｃｏｓ（ｋｘ）                         （１５）
【００４７】
予備因子ｋｘ０と（ｋｘ０／２）２は既知であるので、２つの復調信号ＳとＳＱは、式（６）に従って、直交検出のために次のように処理可能である。
【数２】
2010540943.tif 000005
【００４８】
この場合も、物体移動中の増分ａ／４をカウントし、この場合には一つの同じ測定信号の２つの異なる復調によって得られた直交検出信号を評価することによって、位置決定を行なうことができる。
【００４９】
図５は、図２及び上記の各式を参照して説明した原理に基づいて動作する位置検出装置２００の例示的な図を示す。位置検出装置２００は、例えば、レーザ２０１の形態の光源、検出器構成２０２、干渉計ヘッド２０３及び電子評価回路２０４を具備する。一例として、レーザ２０１は、固定波長のレーザであり得る。レーザ光は、光単一モード・ファイバ（ＳＭＦ）２０５を介して検出器構成２０２内へ送られる。２ｘ２ファイバ結合器２０６が、レーザの一部を照射光として干渉計ヘッド２０３へさらに別のＳＭＦ２０７を介して送るために使用される。一例として、干渉計ヘッド２０３は、検出器構成２０２からある距離を置いた位置にある、内蔵型のシステム等のアクセスしづらい領域に、そのファイバ接続によって配置され得る。
【００５０】
干渉計ヘッド２０３は、マイケルソン型の干渉計を有する。コリメータ・レンズ８は、ＳＭＦ２０７の研磨により斜め面取りされた端部より出てくるレーザ照射光を広げて、ビーム・スプリッタ６中にそれを投射するために使用される。一例として、上記光のおよそ半分が参照ミラー７へ送られ、残りの部分が物体（図示せず）に装着されるミラー９に衝突する。図１を参照して既に説明したように、自由に選択可能なゼロ点ｘ０に対する物体の位置または変位経路ｘは、ｘ方向で検出される必要がある（双頭の矢印を参照）。参照ミラー７によって反射された光と物体に接したミラー９によって反射された光は、ビーム・スプリッタ６へ戻され、そこからコリメータ・レンズ８を介してＳＭＦ２０７中へ測定光として送り返される。２ｘ２ファイバ結合器２０６のさらに別の出力は、そこに接続された光検出器８を有する。前記検出器８は、返された測定光の一部を受け、この光は検出器８内の光学的活性ゾーンで干渉を起こす。検出器８は、検出された干渉パターンの強度に依存し、かつλ／２、すなわち、レーザ波長の半分によって規定された周期で経路ｘの関数として変動する電気的測定信号２０８を生成する。
【００５１】
測長手段の経時変調―この場合には、レーザ２０１の波動場によって実現される―は、振幅ｘ０ｃｏｓ（ωｔ）で揺動する参照ミラー７によって発生可能である。参照ミラー７の位置のこのような変調は、図２の基本図に示した測長手段の始点の変調に相当する。このために、参照ミラー７は、例えば、小さな圧電素子２０９の上に取り付けらることが可能である。圧電素子２０９は、作動線２１１を介して圧電素子２０９に接続するＡＣ電圧発生器２１０によって駆動される。このことの効果は、参照ミラー７が角周波数ωでの振動運動を行なうことである。参照ミラー７が測定区域に適用される測長手段の、言わば、一つの始点を規定するので、これは図２に示した測長手段のゼロ点揺動を発生させる。
【００５２】
ＡＣ電圧発生器２１０に加えて、評価回路２０４は、第１のロックイン増幅器２１２−１と第２のロックイン増幅器２１２−２、第１のアナログ／デジタル変換器２１３−１、第２のアナログ／デジタル変換器２１３−２、ルックアップ・テーブル・メモリへアクセス可能なプロセッサ２１４及びアップ／ダウン・カウンタ２１５を有することができる。
【００５３】
角周波数ωと角周波数２ωでの測定信号２０８の復調は、ロックイン増幅器２１２−１と２１２−２において行なわれる。この目的のために、２つのロックイン増幅器２１２−１と２１２−２の参照入力は、ＡＣ電圧発生器２１０のＴＴＬ参照出力へ接続される。検出器８の出力より出力される測定信号２０８は、測定信号線を介して２つのロックイン増幅器２１２−１と２１２−２の信号入力へ供給される。第１のロックイン増幅器２１２−１は参照角周波数ωに調整され、第２のロックイン増幅器２１２−２は参照角周波数の２倍の２ωに調整される。ωに同期して動作される第１のロックイン増幅器２１２−１は、ｓｉｎ（４πｘ／λ）に比例する復調信号Ｓを生成し、角周波数２ωに同期して動作する第２のロックイン増幅器２１２−２は、ｃｏｓ（４πｘ／λ）に比例する直交検出信号ＳＱを供給する。ロックイン増幅器２１２−１、２１２−２からの２つの出力信号は、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２によってデジタル信号に変換される。アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２の出力における第１の読出しは、λ／８ずつ増分する変位経路ｘを与える。この目的のために、各アナログ／デジタル変換器の出力における最上位ビットＭＳＢが、アップ／ダウン・カウンタのカウント入力へそれぞれ送られる。本例の場合の測定幅はａ ＝ λ／２であるから、位置ｘは、次式による最も近い増分ｘＮによって解明される。
【数３】
2010540943.tif 000006
【００５４】
一例として、カウンタ２１５は２つのカウント入力をもつ２４ビット・カウンタであり得る。
【００５５】
一つの増分λ／８内のδｘの計算のために、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２の出力における第２の読出しが、プロセッサ２１４によって行なわれる。この第２の読出しは、変換器出力の全ワード長の範囲に拡張できる。プロセッサ２１４に内蔵された補間器が、２つの復調信号ＳとＳＱを処理し、次式によりδｘを決定する。
【数４】
2010540943.tif 000007
【００５６】
次に、物体の位置ｘは、次式のとおり、アップ／ダウン・カウンタ２１５とプロセッサ２１４内の補間器の出力の和によって解明される。
ｘ ＝ ｘＮ ＋ δｘ                                      （１９）
【００５７】
補間は、例えば、ルックアップ・テーブル・メモリ（ＬＵＴ）を使用して行なわれる。
【００５８】
なお、位置検出装置２００の干渉計ヘッド２０３は、図１に示した位置検出装置４の干渉計ヘッド３よりもずっと小さい大きさに製造され得ることに注目すべきである。これは、第一には、干渉計ヘッド２０３には一つだけの干渉計が収容されることによる。さらに、検出器８が干渉計ヘッド２０３の外側に配置可能であり、例えば、光ファイブ２０７を用いて干渉計ヘッド２０３に接続可能である。このことは、図１に示した二重化マイケルソン干渉計の場合には不可能である。
【００５９】
以下の文は、時間の経過に伴い測定幅ａ（ｔ）を変調することによって物体の位置ｘが解明される場合を考える。図３に関連して既に言及したように、測定幅ａ（ｔ）の経時変調は、波動場の形態の測長手段１０２にとって特に実現可能である。しかし、この原理は、有形の弾性の測長素子によって作られる測長手段１０２にも適用可能である。
【００６０】
以下の文は、一般的性質を制限せずに、ｋ ＝ ｋ０ ＋ δｋｃｏｓ（ωｔ）による、周期的コサイン変調を使用してｋが変調される特別な場合を考える。一例として、電磁波場の光子周波数の変調が、ｋの変調を引き起こす。式７〜１０で行なった導出と非常によく似た導出によって、次のような各項の和によって指定され得る正規化された測定信号ｓが得られる。
ｓ ＝ ｓＤＣ ＋ ｓω ＋ ｓ２ω                                        （２０）
【００６１】
第１の項ｓＤＣは、時間に依存しない成分であり、次のように得られる
ｓＤＣ ＝ ｃｏｓ（ｋ０ｘ）（１ − （ｘδｋ／２）２）＋ｓ０            (２１）
【００６２】
第２の項ｓωは、次の式のとおり、変調周波数ｆでの周期的振動を発生させる時間に依存する成分である。
ｓω ＝ ｛−ｘδｋ  ｃｏｓ（ωｔ）｝ｓｉｎ（ｋ０ｘ）                  （２２）
【００６３】
ここで、ω ＝ ２πｆ。第３の項ｓ２ωは、同様に、変調周波数の２倍、すなわち、２ｆでの周期的振動である経時可変な成分である。
ｓ２ω ＝ ｛−（ｘδｋ／２）２  ｃｏｓ（２ωｔ）｝ｃｏｓ（ｋ０ｘ）    （２３）
【００６４】
既に述べたとおり、経時変動する２つの成分は、変調周波数ｆと変調周波数の２倍の２ｆで復調される。復調手段によって得られた復調信号は、下記に比例する。
Ｓ ＝ −ｘδｋ ｓｉｎ（ｋ０ｘ）                                       （２４）
及び
ＳＱ ＝ −（ｘδｋ／２）２  ｃｏｓ（ｋ０ｘ）                          （２５）
【００６５】
これらの２つの復調信号は、物体１０１の位置と移動方向の直交検出のための基準として見なせる。
【００６６】
図２によるような測長手段１０２の始点が変調される場合とは異なり、予備因子ｘδｋと（ｘδｋ／２）２は、物体の位置または変位経路ｘ、すなわち、求められる値に依存するので未知である。復調信号ＳとＳＱによってオシロスコープ上に形成される軌道（リサジューの図形として知られるもの）は、ここでは楕円であり、その直径の比は、式ｘδｋ／４によって与えられる。楕円の直径の比は、したがって、大きさｘに直線的に依存する。増分カウントと以下にさらに詳しく述べる補間によるｘの決定に加えて、このことは、絶対値の形式の大きさｘを決定するというさらに別の手法を可能にする。
【００６７】
2010540943.tif 000008
【００６８】
2010540943.tif 000009
【００６９】
【数５】
2010540943.tif 000010
【００７０】
この場合において、Ｎは、変位ｘ中に得られた、ａ／２（またはλ／４）の増分のカウントを示す。
【００７１】
図６は、本発明のさらに別の例示的な実施形態に基づいた位置検出装置３００を示す。この位置検出装置は、例えば、波長可変レーザ３０１の形態である波長可変光源、検出器構成３０２、干渉計ヘッド３０３及び評価回路３０４を具備する。前出の図におけるものと同じまたは同等である構成要素は、同じ参照記号によって示される。波長可変レーザ３０１によって発生されたレーザ光は、ＳＭＳ２０５を介して検出器構成３０２へ送られる。検出器構成３０２の入力側は、同一波長の変調を提供するＭ個の独立したレーザ出力を提供する１ｘＭ結合器３０６を有し得る。物体の移動が３次元で監視される場合は、例えば、Ｍ ＝ ３が選択され得る。この場合、二つのさらに追加の干渉法による位置検出装置が、１ｘ３結合器３０６の２つの空きの出力に接続可能である。
【００７２】
１ｘＭ結合器３０６の出力の一つは、２ｘ２結合器２０６へ送られる。位置検出装置２００に関連して既に述べたとおり、２ｘ２結合器２０６の一つの出力は、ＳＭＦ２０７を介して干渉計ヘッド３０３へ連結された斜め面取りされた端部をもつ。干渉計ヘッド３０３内の参照ミラー７は固定位置に取り付けられていることを除いて、干渉計ヘッド３０３は干渉計ヘッド２０３と同じである。繰り返しを避けるために、干渉計ヘッド２０３についての説明を参照されたい。
【００７３】
ＳＭＦ２０７を介して干渉計ヘッド３０３によって返された光は、既述したように検出器８内で干渉を起こす。前述の説明のとおり、検出器８は測定信号２０８を生成し、この測定信号は増幅器２２０で光増幅された後、評価回路３０４へ送られる。評価回路３０４は、ＡＣ電圧発生器３１０、ロックイン増幅器２１２−１と２１２−２、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２、プロセッサ２１４及びアップ／ダウン・カウンタ２１５については位置検出装置２００中の評価回路２０４と同じ設計のものである。ただしこれらに加えて、評価回路３０４は、波長可変レーザ３０１の温度を同時に制御するレーザ・ドライバ２１６を具備する。レーザ・ドライバ２１６の入力は、ＡＣ電圧発生器２１０の信号出力と接続している。レーザ・ドライバ２１６の出力は、波長可変レーザ３０１のチューニング入力に接続される。波長可変レーザ３０１は、例えば、１５００ｎｍの中心周波数で動作する、例えば、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザであり得る。レーザ３０１は、反射光による損傷または不安定になるのを防ぐために、例えば、３５ｄＢにおいて、ファラデー・アイソレータを使用することによって絶縁される。レーザ・ドライバ２１６は、波長可変レーザ３０１に、λ ＝ λ０＋ δλｃｏｓ（ωｔ）による波長変調を行なわせる。マイケルソン干渉の測定幅はλ／２によって与えられるので、この縦波変調は、干渉計ヘッド３０３内の角周波数ωの波動場によって表現される、測長手段１０２の測定幅ａ（ｔ）を変調する。
【００７４】
評価回路３０４における信号処理は、評価回路２０４における信号処理と同様に行なわれる。繰り返しを避けるために、前述の説明をを参照されたい。第１のロックイン増幅器２１２−１からの復調出力信号は、信号Ｓ ＝ −ｘδｋ ｓｉｎ（ｋ０ｘ）を与える。第２のロックイン増幅器２１２−２からの復調出力信号は、ＳＱ ＝ −（ｘδｋ／２）２ ｃｏｓ（ｋ０ｘ）による直交検出信号ＳＱを与える。随意選択条件δλ＜＜λ０の下で、因子δｋは、変調された波長を有するマイケルソン干渉計からの式条件δｋ＝−４πδλ／（λ０）２によって近似概算され得る。両方の出力Ｓと出力ＳＱは、既述したように、アナログ／デジタル変換器２１３−１と２１３−２によってデジタル・データに変換される。評価回路２０４の説明と同様に、ＭＳＢの読出しは、カウントＮを決定し、このＮは、λ／８の増分精密度で式１７に従ったｘＮによって、求められる大きさｘを近似概算する。復調信号ＳとＳＱを補間することによって得られる大きさδｘは、次に、式１８に従って得られる。位置ｘは、請求項１９に記載するように、増分近似と補間計算の和から生じる。
【００７５】
図６に示した位置検出装置３００は、部品を移動することなく、ＳＭＦ２０７を介して検出器構成３０２にさらに接続可能である干渉計ヘッド３０３を有する。その結果、位置検出装置３００は小型化可能であり、言及したものやその他のものを含む多種多様な用途に使用可能となる。
【００７６】
検出器構成３０２は、そこからの出力が別の方法で評価される、さらに追加の検出器８−１を具備できることに注目すべきである。さらに、プロセッサ２１４は、大きさｘの絶対値の（粗）決定を行なうことができる。これには、２つの復調信号ＳとＳＱの最大信号振幅を関連付けることだけが求められる。
【００７７】
ある応用分野では、物体の位置ｘの絶対値を粗決定するだけで十分なこともあることにも注目すべきである。この場合には、プロセッサ２１４ における補間的評価も、カウンタ２１５における増分評価も、両方とも行なわずにすますことができる。さらに、プロセッサ２１４において実行される補間を行なわずに、増分的大きさｘｎだけから物体の位置を決定することもできる。
【００７８】
図７は、さらに別の例示的な実施形態に基づいた位置検出装置４００を示す。位置検出装置４００は、マイケルソン干渉計ヘッド３０３の代わりに、ファブリー・ペロー干渉計ヘッド４０３が使用されることだけが、位置検出装置３００とは異なる。その他の点では、既述の構成要素（波長可変レーザ３０１、検出器構成３０２、評価回路３０４）が使用され得る。繰り返しを避けるために、関連した説明を参照されたい。
【００７９】
干渉計ヘッド４０３は、２つのミラー４０１、９を有し、それらの間に光共振器が据え付けられている、ファブリー・ペロー干渉計を具備する。以下にさらに詳しく説明するように、低フィネスのファブリー・ペロー干渉計が望ましいと言える。このようなファブリー・ペロー干渉計は、ファブリー・ペロー干渉計のミラーの一方として、ＳＭＦ２０７の研磨された平面端部４０１を使用することによって容易に実現可能である。前記ミラー４０１より後ろの光路は、コリメータ・レンズ４０８を含み得る。ファブリー・ペロー干渉計の第２のミラー９は、監視対象の物体（図示せず）に装着され得る。測定区域は、共振器内、すなわち、２つのミラー４０１と４０９の間に含まれる。
【００８０】
低フィネスを達成するためには、ミラー４０１、４０９の少なくとも一つが低反射率をもつようにすればよい。通常、光ファイバの研磨された平面端部の反射率は４％辺りであるので、望ましい低反射性を有する。別のオプションは、前記物体に付けられたミラー９が低反射率をもつようにすることである。物体の表面によって反射された光を単純にそのまま利用できる場合もある。
【００８１】
検出器８における反射光の強度は、ファブリー・ペロー干渉計の反射率に比例するが、これは次式によって定義される。
【数６】
2010540943.tif 000011
【００８２】
フィネスＦ ＝ （πｇ／２）１／２は、ｇ２ ＝ ４Ｒ／（１−Ｒ）２によって決定される。Ｒは、ミラー４０１の反射率Ｒ１とミラー９の反射率Ｒ２から、Ｒ＝（Ｒ１Ｒ２）１／２により得られる実効反射率を示す。ｇ２ ＜＜ １とすれば、第一近似では分母は無視でき、反射率は次の比例性を満たす。
【数７】
2010540943.tif 000012
【００８３】
検出器８は、したがって、信号変動成分ｃｏｓ（ｋｘ）（ここで、ｋ ＝ ４π／λ）をもつ、すなわち、測定幅λ／２をもつ信号を測定する。これは、図６に示したマイケルソン干渉計の測定幅と同じである。すなわち、信号の評価は、図６に関して説明したのと全く同様に行なえる。復調信号ＳとＳＱの振幅比較によって物体の位置ｘの絶対値を決定するオプションに関しての説明を特に含むすべての詳細は、位置検出装置４００に同様に当てはまる。ファブリー・ペロー干渉計のフィネスＦは、したがって、例えば、１０．０未満、５．０未満、１．０未満または０．５未満であり得る。フィネスの値がより高いほど、信号の評価はより難しくなる。それは、フィネスが増加するにつれて、オシロスコープ上の軌跡は楕円形から異なる程度がどんどん大きくなるからである。このために、ポジショナーの誤差が発生し、信号評価のための複雑性が著しく増加することになる。
【００８４】
干渉計ヘッド４０３は、きわめて簡易な設計をもち、非常に小型化することができる。内蔵型システム中の小型設計のポジショナーにおける非常に精密な位置測定に特に向き、多様な新しい利用分野が開拓される。
【００８５】
位置検出装置は、一例として、１ミリメートル未満の範囲または１ミクロン未満の範囲での位置決め精度を有する上記ポジショナーの位置決め動作を監視するために使用され得る。図８は、本発明に基づいた位置検出装置を備える並進移動用ポジショナー５００の平面図を示す。ポジショナー５００は、第１の固定位置部分５０１と、第１の部分５０１に相対的に変位され得る、以後ではキャリア５０４と呼ぶ第２の部分を有する。相対位置調整装置が、第１の部分５０１とキャリア５０４の間で動作し、前記装置は、それに沿ってキャリア５０４がスライド可能である並進軸５０３とアクチュエータとして動作する圧電素子５０２によって実現され得る。並進移動の方向は、双頭の矢印Ｐ１で示される。
【００８６】
ここに示したドライブは、「慣性モータ」もしくはスリップ・スティック・ドライブと呼ばれる。スリップ・スティック・ドライブでは、その他の型式の設計でも、位置決め移動の刻み幅をドライブの作動によって正確に規定することはできない。このことは、単にドライブ制御を監視することによって（例えば、刻み幅をカウントすることによって）だけではポジショナー５００中のキャリア５０４に配置された位置決め部の位置を決定することはできず、むしろポジショナー５００は、位置決め位置の監視を可能にする装置を備える必要があることを意味する。
【００８７】
この目的のために、前述の例示的な実施形態のうちの一つに基づいた位置検出装置が備えられる。固定位置の第一の部分５０１は、前述の例示的な実施形態のうちの一つに従って設計され得る、そこに取り付けられた干渉計ヘッド５０３を有する。前記干渉計ヘッド５０３から出てくる照射光は、ミラー５０９に衝突し、同ミラーは、変位可能なキャリア５０４に装着され、移動の方向（双頭の矢印Ｐ１）に対して直角に方向付けられ、光を反射して干渉計ヘッド５０３へ戻す。干渉計ヘッド５０３は、光ファイバ５０７によって、前述の例示的な実施形態のうちの一つ従って設計され得る検出器構成（図示せず）に接続され、前述したさらに他の構成要素（レーザ、評価回路）と接続する。
【００８８】
一点鎖線５１０は、例えば、クライオスタット等の容器の壁によって実現可能である、システム境界を表す。干渉計ヘッドのみが（検出器の素子は伴わず）、内蔵型システム内に収容される必要があり、また―図８に示すように―ポジショナー５００の構成要素に組み込むこともできることが明らかになる。このことは、既知のポジショナーの機能がしばしば所望の態様には保たれないような、低温、超高真空（ＵＨＶ）または高電場または高磁場などの極端な環境においてポジショナー５００を使用できることを意味する。
【００８９】
並進ポジショナー５００の場合には、例えば、５ｎｍ未満の光学的分解能を達成することが可能である。刻み幅は、圧電素子５０２を作動する電圧に基づいて、及び温度に基づいて、約５ｎｍから１μｍの間で変動され得る。光学的位置監視の高い分解能のおかげで、ドライブの機械的境界（例えば、５ｎｍ）の領域において、したがって、位置決め精密度を達成することができる。多くの応用にとって特に有利であるのは、通常、 数ミリメートルから１以上のセンチメートルまでをとり得る、移動の最大経路が長いことである。
【００９０】
上記の例示的な実施形態は例示であること、さらに本仕様書の開示内容は、異なる例示的な実施形態において説明される特徴の組合せも、それが技術的に可能であれば、含むことに注目すべきである。さらに、あまり詳しく説明されていない、図２から図４の例示的な実施形態に関するすべての詳細は、図５から図８を参照してさらに詳しく説明した例示的実施形態にも適用可能であること。またその逆に、図２から図４で説明した例示的な実施形態には、図５から図８を参照して説明した例示的実施形態において述べられている詳細をまさしく付加できる。
【図１】
2010540943.tif 000013
【図２】
2010540943.tif 000014
【図３】
2010540943.tif 000015
【図４】
2010540943.tif 000016
【図５】
2010540943.tif 000017
【図６】
2010540943.tif 000018
【図７】
2010540943.tif 000019
【図８】
2010540943.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月30日(2010.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置検出のための装置、ポジショナー、並びにポジショナーと位置検出装置を有する装置構成に関係する。
【背景技術】
【０００２】
多くの応用分野において、ある物体の位置または前記物体が占める範囲の距離を検出することが必要とされる。一例として、搬送自動化技術においては、個々の物体の位置を監視し、評価する必要がある。位置検出の精度が特に重要である適用分野として特に挙げられる分野は、物体が目標を定めた特定の態様で移動される位置決め工学である。このような位置決めを行なうポジショナーは、例えば、研究や産業において利用されている。移動の経路の最大可能な再現性とスケーラビリティに加えて、振動に対する非反応性、頑健性及び設計のコンパクト性などの特性が、実際の使用時には不可欠な役割を果たす。
【０００３】
マイケルソン干渉計を使用した光学的手段によって位置検出を行なうことは、既知の実施法である。図１は、直交検出法を使用した位置検出用に設計されている、二重化マイケルソン干渉計４の設計を示す。レーザ１は、波長λのレーザ光を発生し、そのレーザ光は光ファイバ２によって二重化マイケルソン干渉計４の干渉計ヘッド３へ送られる。干渉計ヘッド３は、コリメータ・レンズ５、２つのビーム・スプリッタ６−１、６−２、２つの参照ミラー７−１、７−２及び２つの検出器８−１、８−２を有する。光ファイバ２のファイバ端から出てくるレーザ光は、コリメータ・レンズ５によって平行光ビームに広げられる。平行光ビームは、第１のビーム・スプリッタ６−１と第２のビーム・スプリッタ６−２を通過し、ミラー９によって反射される。ミラー９は物体（図示せず）に接して配置され、Ｘ方向（両方向の矢印を参照）における物体の位置が監視対象となる。ミラー９によって反射された光は、次に２つのビーム・スプリッタ６−１と６−２を通過し、このとき、どちらも反射光の一部が検出器８−１、８−２の方向へ反射される。この状況で、ビーム・スプリッタ６−１、６−２において各検出器８−１、８−２の方向へ反射された光ビームは、各参照ミラー７−１、７−２によって反射された光ビームとの干渉を起こす。検出器８−１、８−２は、干渉パターンの強度を感知する。各測定信号は、レーザ光の縦波の半分λ／２によって示される周期性をもつ変位ｘに基づき、周期的に振動する。
【０００４】
参照ミラー７−１、７−２が、これらのミラーの鏡面間の間隔がλ／８＋Ｎλ／２（ここでＮ＝０、１、２、３、…）の増分となるように配置されるとすれば、関数 
ｓ ＝ ｃｏｓ（４πｘ／λ）                                            （１）
が検出器８−１からの出力信号に対して得られ、関数
ｓＱ ＝ ｓｉｎ（４πｘ／λ）                                          (２)
が検出器８−２からの出力信号に対して得られる。
【０００５】
まず初めに、（図１に示されない）干渉計ヘッド３が一つだけの干渉計からなる（例えば、ビーム・スプリッタ６−１、参照ミラー７−１及び検出器８−１を具備する）場合について考えてみることにする。この場合、出力信号ｓだけが得られる。この一つの出力信号ｓが、λ／２後に繰り返される。しかし、多くの応用においては、この一つの信号ｓを使用して変位経路ｘを決定することは、変位の方向の決定を行なえないこと、ｘに応じて変わる精密度（コサイン関数の両極限の領域における変位経路の決定は、その中間に位置する稜線領域におけるよりも実質的により小さい精密度で起こり得る）をもつことは不都合である。
【０００６】
直交検出の方法は、これらの２つの欠点を取り除く。この目的のために、第２の検出器８−２からの信号ｓＱが同様に評価される。
【０００７】
２つの信号ｓとｓＱの評価は、変位の方向の決定と変位経路ｘの解明のための一定の精度の両方を可能にする。このために払うべき代償は、２チャネルの測定装置構成（２つの検出器８−１、８−２を有する２つのマイケルソン干渉計）が必要になることである。
【０００８】
さらに、図１に示した二重化マイケルソン干渉計４は小型化できない。その理由は、ビーム・スプリッタ６−１、６−１と参照ミラー７−１、７−２は、配置整合を失わないようにするためには、立体的な、つまり物理的に比較的大きなユニットとして装備される必要があるからである。現在利用可能な最もコンパクトな二重化マイケルソン干渉計の寸法は、通常、１０ｘ１０ｘ５ｃｍである。測定区域（すなわち、ミラー９とビーム・スプリッタ６−１、６−１の間）内では光ファイバ中で光を送ることができない（温度の影響と機械的応力によって、測定区域における長さの変化に等しくなる、ファイバの光学指数の変動が発生する）ため、監視対象の物体に相対的な規定された所定の位置近くに干渉計ヘッドを常に配置しなければならない。このことは、例えば、比較的小さい内蔵型システム等では、内蔵型システムの外部に干渉計ヘッド３を配置できず、光ファイバを介して測定光をシステム内へ送ることができないので、多くの数の応用が不可能になることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が基づく目的は、物体の位置検出を簡単かつ様々な方法で可能にする装置を提供することであり得る。特に、特に利用できるスペースが少ししかない場合または極端な環境において、非常の多くの応用分野での、高い精度レベルでの位置検出を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な精巧化は、従属請求項に明記される。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
一つの実施形態によれば、測定信号の評価は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調することと、復調された測定信号を使用して位置検出を行なうこととを含んでなる。（一つの）測定信号の復調は、評価時に上記測長手段の経時変動を考慮に入れる。
【００１５】
一つの実施形態は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調することと、上記経時変動に依存し、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で測定信号を復調することと、復調された測定信号を使用して位置検出を行なうこととを含んでなる。測定信号を２つの異なる周波数で復調することによって、直交検出法を用いて高い精度レベルで位置検出を実行可能になる。
【００１６】
【００１７】
位置検出のための装置は、測定区域中に波動場を発生させるための発生源を具備してもよい。それに加えて、上記装置は、波動場の波長を時間の経過に伴い変動させるための波動場変動装置を有してもよい。さらに、上記装置は、測定区域の長さに依存する、波動場に対する干渉パターンを発生させる干渉計と、検出された干渉パターンを測定信号を生成するための基として取り込む検出器を具備できる。評価回路は、上記経時変動に基づいて測定信号を評価する。
【００１８】
上記評価回路は、上記経時変動に依存する第１の周波数で測定信号を復調し、上記経時変動に依存し、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で測定信号を復調するように、適切に設計され得る。このような装置は、直交検出法を用いて位置検出を実行可能であり、ただ一つの干渉計とただ一つの検出器があればよい。直交検出法に必要な２つの信号は、測定信号の２つの異なる復調によって評価回路中で生成される。
【００１９】
一つの実施形態では、上記干渉計はファブリー・ペロー干渉計であり得る。ファブリー・ペロー干渉計は、小型化するための高い潜在可能性を提供する。一つだけの干渉計が必要とされるので、直交検出法が使用される場合でも、従来技術とは異なり、ファブリー・ペロー干渉計を使用することができる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
一つの装置構成は、ポジショナーと上記ポジショナーにとっての位置決め位置を検出するための光学的位置検出装置を含んでなる。上記光学的位置検出装置は、ファブリー・ペロー干渉計と、直交検出を用いて上記ポジショナーの位置決め位置を決定するための基として、上記ファブリー・ペロー干渉計によって送出される測定信号を取り込むように設計される評価装置を有し得る。この装置構成の一つの利点は、当構成がファブリー・ペロー干渉計の使用により非常に小型化できる点と、直交検出により、ポジショナーの変位の方向を解明する正確な位置検出装置を可能にすることである。このことは、高度な装備包含を伴ってしか位置検出ができなかった、正確な位置検出ができなかった、または位置検出そのものが全くできなかったような多くの種類の応用に上記装置構成が適合することを意味する。一例として、この装置構成は、１ミリメートル未満の範囲または１ミクロン未満の範囲でのポジショナーを有することができる。
以降では、本発明は図面を参照して例示的に説明される。対応する同様の部材には同類の参照符号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】既知の二重化マイケルソン干渉計の設計の概略図である。
【図２】本発明の第１の態様に基づいた例示的な実施形態の概略基本図である。
【図３】本発明の第２の態様に基づいた例示的な実施形態の概略基本図である。
【図４】直交検出中に得た信号と前記信号の評価のグラフである。
【図５】本発明の例示的な実施形態の概略図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態の概略図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態の概略図である。
【図８】並進移動のためのポジショナーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
ここに説明するさまざまな例示的な実施の形態の特徴は、特に反対の趣旨の記述がない限りそれぞれ互いに組み合わせることができるものと理解される。
図面を参照して、以下に、本発明を実施例として説明する。
【００２５】
図２は、位置検出装置１００−１の第１の例示的な実施形態の基本図を示す。物体１０１はｘ方向に移動する。物体１０１の位置または移動を捕捉するために、測長手段１０２が備えられる。前記測長手段１０２は、既に言及したように、例えば、波動場によって、または測定ピッチが刻印された物によって、多種多様な方法で実現され得る。位置検出装置１００−１は、特定の位置１０２ａで測長手段１０２を観測する検出器１０８を具備する。測長手段は、光学的にまたは他の方法で（例えば、機械的にまたは測定によって誘起された磁場を捕捉することによってなど）観測可能である。検出器１０８からの光信号は、第１の復調器１０４−１において復調される。復調中に生成された信号は、物体１０１の位置または物体１０１が占める範囲の距離に関連する一つの情報ｘを出力する評価ユニット１０５へ供給される。直交検出の場合には、検出器１０８によって出力された測定信号は、第２の復調器１０４−２にも供給される。後者の測定信号も同様に復調信号を生み出し、この復調信号が評価ユニット１０５に供給され、直交検出の原理に基づいた評価に使用される。
【００２６】
図２に示した例示的な実施形態では、時間の経過を通じて一定である測定幅をもつ測長手段１０２が考えられる。測長手段１０２は、物体１０１と一緒に移動するようになっている、すなわち、物体１０１の並進が測長手段１０２の応分の並進に移転される。物体の移動によって引き起こされた測長手段１０２の前記並進は、測長手段の上に重ねられた追加の移動成分を有するものと意図される。この移動成分は、測長手段１０２による周期的な、例えば、揺動によって表現され得る。並進の方向に平行な前記揺動は、双頭の矢印Ｂによって示される。一例として、測長手段１０２は、物体１０１に相対的に周波数ｆで変位ｘの方向に平行に揺動できる。この場合、測長手段１０２上の検出器１０８によって観測される点１０２ａは、物体の１０１の位置に依存するとともに、測長手段１０２の上に重ねられた揺動にも依存する。第１の復調器１０４−１における復調と第２の復調器１０４−２における復調は、測長手段１０２の重畳された周期的動きに基づいて行なわれる。復調器１０４−１と１０４−２における復調は、例えば、周波数ｆでの復調が第１の復調器１０４−１で行なわれ、周波数２ｆでの復調が第２の復調器１０４−２で行なわれることによって、各々異なる方式で周波数ｆでの揺動を考慮に入れる。その結果、２つ復調器１０４−１と１０４−２は、２つの異なる方式で復調された信号を提供し、これらの信号が、以下により詳しく説明するように、直交検出の原理を用いて物体１０１の位置を決定することを可能にする。しかし、測定信号を復調するために単一の復調器１０４−１だけが使用される場合に特に、（直交検出を用いなくても）物体１０１の位置を決定することも同様にできる。
【００２７】
図３は、位置検出装置１００−２のさらに別の例示的な実施形態の基本図を示す。同一または同等の要素は、同じ参照記号によって示した。位置検出装置１００−２が位置検出装置１００−１と根本的に異なる点は、物体１０１によって引き起こされた測長手段１０２の並進移動が測長手段の上に重ねられた移動成分を有し、この移動成分が、ここでは、経時変動する測定幅 ａ（ｔ）によって表現され得るということだけである。測定幅 ａ（ｔ）の経時変動は、特定の振幅をもつ時間的に周期的な揺動によって同様に表現され得る。並進の方向に平行なこの揺動は、２つの矢印Ｂで示される。
【００２８】
伸縮するこのような測長手段１０２の一つのイメージのしかたは、言わば、測長手段１０２が弾性材料からなり、機械的に伸縮されることである。多くの場合、周期的に、例えば、周波数ｆで変化する測定幅 ａ（ｔ）を有する測長手段１０２は、波長λ（ｔ）の波動場によって表現される。この波長λ（ｔ）は周波数ｆで変調され、前記波動場は波動場発生源によって発生される。第１の例示的実施形態１００−１の場合と同様に、測長手段１０２上の検出器１０８によって観測される点１０２ａは、物体の位置ｘと測長手段１０２の変調の両方に依存する。検出器１０８によって送出された測定信号は、第１の例示的実施形態（図２）の場合と同様に、位置検出装置１００−２内で復調され得る。この場合も、物体１０１の位置は、単一の復調器１０４−１によっても、または両方の復調器１０４−１、１０４−２（直交検出用）によっても検出可能である。
【００２９】
言い換えれば、測長手段１０２は、周期的な、例えば、その始点の再配置（図２）及び周期的な、例えば、測定幅 ａ（ｔ）の変更 （図３を参照）を行なうことができる。測長手段１０２が波動場（例えば、電磁波）によって作られるとするならば、時間の経過に伴う、基準点に対する測長手段の位置の周期的変更は、波長が時間の経過を通じて一定であるときの波動場の経路位相の変調に相当し、一方、時間の経過に伴う、測長手段の測定幅の周期的変更は、波動場の波長の変調に相当する。時間の経過に伴う、基準点に対する測長手段の位置の周期的変更と測長手段１０２の測定幅の変調の両方を実施することも可能である。例示的に言うならば、測長手段１０２の変調は、測長手段１０２が全体として揺動（図２）するようにさせ、または振動性の伸縮動作（図３）を行なわせ、または並進移動の上に重ねられ、かつ前記２つの振動型の動作の上にそれ自体重畳する移動を実行させる。
【００３０】
図２と図３は、したがって、測定区域に適用される測長手段１０２と、測長手段１０２を経時的に変動させるまたは変調するための動きＢを発生させる測長変動装置（明示されない）を有する位置検出のための装置１００−１、１００−２を示す。検出器１０８は、（物体１０１が移動している基準系に対して）特定の固定された点１０２ａにおいて、測定区域の長さと経時変動に依存する測長手段１０２を観測し、測定信号を生成する。装置１００−１、１００−２は、測長手段１０２ の経時変動に基づいて測定信号を評価する、評価ユニット１０４−１、場合により１０４−２、及び１０５を具備できる。
【００３１】
図４は、２つのグラフを用いて、直交検出の原理を説明する。図４の左の部分は、測定幅ａの単位に区切られた移動経路ｘ上の２つ信号ｓとｓＱを示す。一般的性質を制限せずに、周波数ｆでの測長手段の変調は、コサイン関数を用いて得られると以降では仮定する。そして、正規化された信号ｓは次のようになる。
ｓ ＝ ｃｏｓ（ｋｘ）                                                  （３）
【００３２】
ここで、ｋ ＝ ２π／ａに基づいて、ｋは測定幅ａに関係付けられる。このような信号ｓが、ｘがａの整数倍である各点において繰り返されるので、経路変位ｘをａの整数単位で測定することが可能になる。波動場によって作られた測長手段の場合には、次の式に基づいて、測定幅ａを波長λによって規定することができる。
ａ ＝ λ／２                                                          （４）
【００３３】
信号ｓの演算符号だけを考慮するならば、変位経路ｘはａ／２の単位で決定され得る。しかし、信号ｓだけを使用して変位の方向に関する一つの情報を得ることはできない。
【００３４】
しかし、変位の方向は、次のような信号ｓＱがあれば、決定可能である。
ｓＱ ＝ ｓｉｎ（ｋｘ）                                                （５）        
【００３５】
ｓとｓＱの同時測定は、移動の方向を明確に決定することを可能にし、位置分解能はａ／４の増分へ改良される（図４の左の部分を参照）。直交検出を用いる従来の位置検出装置の場合には、第２の測定チャネルを備え、このチャネルに対して、測長手段が距離（Ｎ＋１／４）ａ（ここで、Ｎ＝０、１、２、３、…）をとるように、第１の測定チャネルに相対的に配置された、位置検出装置によって信号ｓＱは生成される。図１に示したように、従来の二重化マイケルソン干渉計は、このような２チャネルの設計を有する。
【００３６】
増分ａ／４においては、ずっと高い空間分解能が得られる。図４の右の部分は、オシロスコープのｘ軸とｙ軸上の信号ｓとｓＱを示す。物体１０１が移動方向ｘに移動しているとき、オシロスコープ中の点は円軌道に沿って移動する。移動の経路ｘが測定幅ａに一致するとき、完全な円軌道が達成される。オシロスコープ中の点の回転方向は、物体の移動方向を明確に示す。物体１０１が点Ａから点Ｂへｘ方向に移動するとき、オシロスコープ中の点はＡからＢまでの円周区間を半時計回りに移動することになる。図４の左の部分において物体１０１が点Ｂから点Ａへ移動するとしたら、オシロスコープ中のピクセルは点Ｂから点Ａへ時計回りの移動を起こす。さらに、円軌道上の点の位置が物体の位置の決定を可能にし、その精度は信号ｓとｓＱ中のノイズだけによって制限されることが明らかになる。具体的には、変位経路ｘにわたり精度は一定である、すなわち、信号が、例えば、コサイン関数の極限プロファイルに近いか、稜線プロファイルに近いかということに精度は依存しない。
【００３７】
物体の位置ｘは、次の式に従って、増分ａ／４の数Ｎをカウントし、信号ｓとｓＱを処理することによって得ることができる。
【数１】
2010540943.tif 000021
【００３８】
直交検出の原理は、経時変動する測長手段１０２に対して以下のように拡張される。まず初めに、測長手段１０２の測定幅ａは時間の経過を通じて一定であり、測長手段１０２の位置が時間の経過に伴い周期的に変調される、図２に示した場合を考える。正規化された信号は、次のとおりである。
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋ（ｘ＋ｘ０（ｔ））］ ＋ ｓ０                          （７）
【００３９】
この場合において、ｓ０は、不定ゼロ点に対する任意の時間的に一定なバックグランド信号であり、ｘ０（ｔ）は、時間の経過に伴うｘによるゼロ点の変調を示す。時間の経過に伴い実用上有効な点をｘによって周期的に変調するオプションの特定の場合について、ｘ０（ｔ）に代入する式ｘ０ｃｏｓ（ωｔ）が得られる。ここで、ω ＝ ２πｆ、ｆは変調周波数である。この特定の場合では、次のようになる。
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋｘ＋ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ ＋ ｓ０
したがって                                                          （８）
ｓ ＝ ｃｏｓ［ｋｘ］ｃｏｓ［ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ − ｓｉｎ［ｋｘ］ｓｉｎ［ｋｘ０ｃｏｓ（ωｔ）］ ＋ ｓ０
【００４０】
2010540943.tif 000022
【００４１】
（ｃｏｓ（ωｔ）)２ ＝ （ｃｏｓ（２ωｔ） ＋ １）／２の関係を用いて、上記の関係を３つの項の和として記述することができる。
ｓ ＝ ｓＤＣ ＋ ｓω ＋ ｓ２ω                                        （１０）
【００４２】
第１の項ｓＤＣは、時間に依存しないＤＣ成分であり、これは次の形式で記述することができる。
ｓＤＣ ＝ ｃｏｓ（ｋｘ）（１ − （ｋｘ０／２）２ ＋ｓ０               (１１）
【００４３】
第２の項ｓωは、次の式のとおり、変調周波数ｆでの周期的振動を表す時間的に可変な成分である。
ｓω ＝ ｛−ｋｘ０ ｃｏｓ（ωｔ）｝ｓｉｎ（ｋｘ）                     （１２）
ここで、ω ＝ ２πｆ
【００４４】
第３の項ｓ２ωは、同様に、変調周波数の２倍、すなわち、２ｆでの周期的振動を表す時間的に可変な成分である。
ｓ２ω ＝ ｛−（ｋｘ０／２）２ ｃｏｓ（２ωｔ）｝ｃｏｓ（ｋｘ）       （１３）
【００４５】
検出器１０８によって送出された出力信号は、ここで、変調周波数ｆと変調周波数の２倍の２ｆで復調される。復調には、例えば、ロックイン増幅器を使用できる。信号ｓを使用し、周波数ｆでの復調によって、次のとおりの復調信号Ｓを生成し、
Ｓ ＝ −ｋｘ０ ｓｉｎ（ｋｘ）                                         （１４）
【００４６】
周波数２ｆでの復調によって、次の復調信号を生成する。
ＳＱ ＝ −（ｋｘ０／２）２ｃｏｓ（ｋｘ）                              （１５）
【００４７】
予備因子ｋｘ０と（ｋｘ０／２）２は既知であるので、２つの復調信号ＳとＳＱは、式（６）に従って、直交検出のために次のように処理可能である。
【数２】
2010540943.tif 000023
【００４８】
この場合も、物体移動中の増分ａ／４をカウントし、この場合には一つの同じ測定信号の２つの異なる復調によって得られた直交検出信号を評価することによって、位置決定を行なうことができる。
【００４９】
図５は、図２及び上記の各式を参照して説明した原理に基づいて動作する位置検出装置２００の例示的な図を示す。位置検出装置２００は、例えば、レーザ２０１の形態の光源、検出器構成２０２、干渉計ヘッド２０３及び電子評価回路２０４を具備する。一例として、レーザ２０１は、固定波長のレーザであり得る。レーザ光は、光単一モード・ファイバ（ＳＭＦ）２０５を介して検出器構成２０２内へ送られる。２ｘ２ファイバ結合器２０６が、レーザの一部を照射光として干渉計ヘッド２０３へさらに別のＳＭＦ２０７を介して送るために使用される。一例として、干渉計ヘッド２０３は、検出器構成２０２からある距離を置いた位置にある、内蔵型のシステム等のアクセスしづらい領域に、そのファイバ接続によって配置され得る。
【００５０】
干渉計ヘッド２０３は、マイケルソン型の干渉計を有する。コリメータ・レンズ５は、ＳＭＦ２０７の研磨により斜め面取りされた端部より出てくるレーザ照射光を広げて、ビーム・スプリッタ６中にそれを投射するために使用される。一例として、上記光のおよそ半分が参照ミラー７へ送られ、残りの部分が物体（図示せず）に装着されるミラー９に衝突する。図１を参照して既に説明したように、自由に選択可能なゼロ点ｘ０に対する物体の位置または変位経路ｘは、ｘ方向で検出される必要がある（双頭の矢印を参照）。参照ミラー７によって反射された光と物体に接したミラー９によって反射された光は、ビーム・スプリッタ６へ戻され、そこからコリメータ・レンズ５を介してＳＭＦ２０７中へ測定光として送り返される。２ｘ２ファイバ結合器２０６のさらに別の出力は、そこに接続された光検出器８を有する。前記検出器８は、返された測定光の一部を受け、この光は検出器８内の光学的活性ゾーンで干渉を起こす。検出器８は、検出された干渉パターンの強度に依存し、かつλ／２、すなわち、レーザ波長の半分によって規定された周期で経路ｘの関数として変動する電気的測定信号２０８を生成する。
【００５１】
測長手段の経時変調―この場合には、レーザ２０１の波動場によって実現される―は、振幅ｘ０ｃｏｓ（ωｔ）で揺動する参照ミラー７によって発生可能である。参照ミラー７の位置のこのような変調は、図２の基本図に示した測長手段の始点の変調に相当する。このために、参照ミラー７は、例えば、小さな圧電素子２０９の上に取り付けらることが可能である。圧電素子２０９は、作動線２１１を介して圧電素子２０９に接続するＡＣ電圧発生器２１０によって駆動される。このことの効果は、参照ミラー７が角周波数ωでの振動運動を行なうことである。参照ミラー７が測定区域に適用される測長手段の、言わば、一つの始点を規定するので、これは図２に示した測長手段のゼロ点揺動を発生させる。
【００５２】
ＡＣ電圧発生器２１０に加えて、評価回路２０４は、第１のロックイン増幅器２１２−１と第２のロックイン増幅器２１２−２、第１のアナログ／デジタル変換器２１３−１、第２のアナログ／デジタル変換器２１３−２、ルックアップ・テーブル・メモリへアクセス可能なプロセッサ２１４及びアップ／ダウン・カウンタ２１５を有することができる。
【００５３】
角周波数ωと角周波数２ωでの測定信号２０８の復調は、ロックイン増幅器２１２−１と２１２−２において行なわれる。この目的のために、２つのロックイン増幅器２１２−１と２１２−２の参照入力は、ＡＣ電圧発生器２１０のＴＴＬ参照出力へ接続される。検出器８の出力より出力される測定信号２０８は、測定信号線を介して２つのロックイン増幅器２１２−１と２１２−２の信号入力へ供給される。第１のロックイン増幅器２１２−１は参照角周波数ωに調整され、第２のロックイン増幅器２１２−２は参照角周波数の２倍の２ωに調整される。ωに同期して動作される第１のロックイン増幅器２１２−１は、ｓｉｎ（４πｘ／λ）に比例する復調信号Ｓを生成し、角周波数２ωに同期して動作する第２のロックイン増幅器２１２−２は、ｃｏｓ（４πｘ／λ）に比例する直交検出信号ＳＱを供給する。ロックイン増幅器２１２−１、２１２−２からの２つの出力信号は、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２によってデジタル信号に変換される。アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２の出力における第１の読出しは、λ／８ずつ増分する変位経路ｘを与える。この目的のために、各アナログ／デジタル変換器の出力における最上位ビットＭＳＢが、アップ／ダウン・カウンタのカウント入力へそれぞれ送られる。本例の場合の測定幅はａ ＝ λ／２であるから、位置ｘは、次式による最も近い増分ｘＮによって解明される。
【数３】
2010540943.tif 000024
【００５４】
一例として、カウンタ２１５は２つのカウント入力をもつ２４ビット・カウンタであり得る。
【００５５】
一つの増分λ／８内のδｘの計算のために、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２の出力における第２の読出しが、プロセッサ２１４によって行なわれる。この第２の読出しは、変換器出力の全ワード長の範囲に拡張できる。プロセッサ２１４に内蔵された補間器が、２つの復調信号ＳとＳＱを処理し、次式によりδｘを決定する。
【数４】
2010540943.tif 000025
【００５６】
次に、物体の位置ｘは、次式のとおり、アップ／ダウン・カウンタ２１５とプロセッサ２１４内の補間器の出力の和によって解明される。
ｘ ＝ ｘＮ ＋ δｘ                                                    （１９）
【００５７】
補間は、例えば、ルックアップ・テーブル・メモリ（ＬＵＴ）を使用して行なわれる。
【００５８】
なお、位置検出装置２００の干渉計ヘッド２０３は、図１に示した位置検出装置４の干渉計ヘッド３よりもずっと小さい大きさに製造され得ることに注目すべきである。これは、第一には、干渉計ヘッド２０３には一つだけの干渉計が収容されることによる。さらに、検出器８が干渉計ヘッド２０３の外側に配置可能であり、例えば、光ファイブ２０７を用いて干渉計ヘッド２０３に接続可能である。このことは、図１に示した二重化マイケルソン干渉計の場合には不可能である。
【００５９】
以下の文は、時間の経過に伴い測定幅ａ（ｔ）を変調することによって物体の位置ｘが解明される場合を考える。図３に関連して既に言及したように、測定幅ａ（ｔ）の経時変調は、波動場の形態の測長手段１０２にとって特に実現可能である。しかし、この原理は、有形の弾性の測長素子によって作られる測長手段１０２にも適用可能である。
【００６０】
以下の文は、一般的性質を制限せずに、ｋ ＝ ｋ０ ＋ δｋｃｏｓ（ωｔ）による、周期的コサイン変調を使用してｋが変調される特別な場合を考える。一例として、電磁波場の光子周波数の変調が、ｋの変調を引き起こす。式７〜１０で行なった導出と非常によく似た導出によって、次のような各項の和によって指定され得る正規化された測定信号ｓが得られる。
ｓ ＝ ｓＤＣ ＋ ｓω ＋ ｓ２ω                                        （２０）
【００６１】
第１の項ｓＤＣは、時間に依存しない成分であり、次のように得られる
ｓＤＣ ＝ ｃｏｓ（ｋ０ｘ）（１−（ｘδｋ／２）２）＋ｓ０              (２１）
【００６２】
第２の項ｓωは、次の式のとおり、変調周波数ｆでの周期的振動を発生させる時間に依存する成分である。
ｓω ＝ ｛−ｘδｋ ｃｏｓ（ωｔ）｝ｓｉｎ（ｋ０ｘ）                   （２２）
【００６３】
ここで、ω ＝ ２πｆ。第３の項ｓ２ωは、同様に、変調周波数の２倍、すなわち、２ｆでの周期的振動である経時可変な成分である。
ｓ２ω ＝ ｛−（ｘδｋ／２）２ ｃｏｓ（２ωｔ）｝ｃｏｓ（ｋ０ｘ）     （２３）
【００６４】
既に述べたとおり、経時変動する２つの成分は、変調周波数ｆと変調周波数の２倍の２ｆで復調される。復調手段によって得られた復調信号は、下記に比例する。
Ｓ ＝ −ｘδｋ ｓｉｎ（ｋ０ｘ）                                       （２４）
及び
ＳＱ ＝ −（ｘδｋ／２）２ ｃｏｓ（ｋ０ｘ）                           （２５）
【００６５】
これらの２つの復調信号は、物体１０１の位置と移動方向の直交検出のための基準として見なせる。
【００６６】
図２によるような測長手段１０２の始点が変調される場合とは異なり、予備因子ｘδｋと（ｘδｋ／２）２は、物体の位置または変位経路ｘ、すなわち、求められる値に依存するので未知である。復調信号ＳとＳＱによってオシロスコープ上に形成される軌道（リサジューの図形として知られるもの）は、ここでは楕円であり、その直径の比は、式ｘδｋ／４によって与えられる。楕円の直径の比は、したがって、大きさｘに直線的に依存する。増分カウントと以下にさらに詳しく述べる補間によるｘの決定に加えて、このことは、絶対値の形式の大きさｘを決定するというさらに別の手法を可能にする。
【００６７】
2010540943.tif 000026
【００６８】
2010540943.tif 000027
【００６９】
【数５】
2010540943.tif 000028
【００７０】
この場合において、Ｎは、変位ｘ中に得られた、ａ／２（またはλ／４）の増分のカウントを示す。
【００７１】
図６は、本発明のさらに別の例示的な実施形態に基づいた位置検出装置３００を示す。この位置検出装置は、例えば、波長可変レーザ３０１の形態である波長可変光源、検出器構成３０２、干渉計ヘッド３０３及び評価回路３０４を具備する。前出の図におけるものと同じまたは同等である構成要素は、同じ参照記号によって示される。波長可変レーザ３０１によって発生されたレーザ光は、ＳＭＳ２０５を介して検出器構成３０２へ送られる。検出器構成３０２の入力側は、同一波長の変調を提供するＭ個の独立したレーザ出力を提供する１ｘＭ結合器３０６を有し得る。物体の移動が３次元で監視される場合は、例えば、Ｍ ＝ ３が選択され得る。この場合、二つのさらに追加の干渉法による位置検出装置が、１ｘ３結合器３０６の２つの空きの出力に接続可能である。
【００７２】
１ｘＭ結合器３０６の出力の一つは、２ｘ２結合器２０６へ送られる。位置検出装置２００に関連して既に述べたとおり、２ｘ２結合器２０６の一つの出力は、ＳＭＦ２０７を介して干渉計ヘッド３０３へ連結された斜め面取りされた端部をもつ。干渉計ヘッド３０３内の参照ミラー７は固定位置に取り付けられていることを除いて、干渉計ヘッド３０３は干渉計ヘッド２０３と同じである。繰り返しを避けるために、干渉計ヘッド２０３についての説明を参照されたい。
【００７３】
ＳＭＦ２０７を介して干渉計ヘッド３０３によって返された光は、既述したように検出器８内で干渉を起こす。前述の説明のとおり、検出器８は測定信号２０８を生成し、この測定信号は増幅器２２０で光増幅された後、評価回路３０４へ送られる。評価回路３０４は、ＡＣ電圧発生器３１０、ロックイン増幅器２１２−１と２１２−２、アナログ／デジタル変換器２１３−１、２１３−２、プロセッサ２１４及びアップ／ダウン・カウンタ２１５については位置検出装置２００中の評価回路２０４と同じ設計のものである。ただしこれらに加えて、評価回路３０４は、波長可変レーザ３０１の温度を同時に制御するレーザ・ドライバ２１６を具備する。レーザ・ドライバ２１６の入力は、ＡＣ電圧発生器２１０の信号出力と接続している。レーザ・ドライバ２１６の出力は、波長可変レーザ３０１のチューニング入力に接続される。波長可変レーザ３０１は、例えば、１５００ｎｍの中心周波数で動作する、例えば、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザであり得る。レーザ３０１は、反射光による損傷または不安定になるのを防ぐために、例えば、３５ｄＢにおいて、ファラデー・アイソレータを使用することによって絶縁される。レーザ・ドライバ２１６は、波長可変レーザ３０１に、λ ＝ λ０＋ δλｃｏｓ（ωｔ）による波長変調を行なわせる。マイケルソン干渉の測定幅はλ／２によって与えられるので、この縦波変調は、干渉計ヘッド３０３内の角周波数ωの波動場によって表現される、測長手段１０２の測定幅ａ（ｔ）を変調する。
【００７４】
評価回路３０４における信号処理は、評価回路２０４における信号処理と同様に行なわれる。繰り返しを避けるために、前述の説明をを参照されたい。第１のロックイン増幅器２１２−１からの復調出力信号は、信号Ｓ ＝ −ｘδｋ ｓｉｎ（ｋ０ｘ）を与える。第２のロックイン増幅器２１２−２からの復調出力信号は、ＳＱ ＝ −（ｘδｋ／２）２ ｃｏｓ（ｋ０ｘ）による直交検出信号ＳＱを与える。随意選択条件δλ＜＜λ０の下で、因子δｋは、変調された波長を有するマイケルソン干渉計からの式条件δｋ＝−４πδλ／（λ０）２によって近似概算され得る。両方の出力Ｓと出力ＳＱは、既述したように、アナログ／デジタル変換器２１３−１と２１３−２によってデジタル・データに変換される。評価回路２０４の説明と同様に、ＭＳＢの読出しは、カウントＮを決定し、このＮは、λ／８の増分精密度で式１７に従ったｘＮによって、求められる大きさｘを近似概算する。復調信号ＳとＳＱを補間することによって得られる大きさδｘは、次に、式１８に従って得られる。位置ｘは、式１９に記載するように、増分近似と補間計算の和から生じる。
【００７５】
図６に示した位置検出装置３００は、部品を移動することなく、ＳＭＦ２０７等の光ファイバを介して検出器構成３０２にさらに接続可能である干渉計ヘッド３０３を有する。その結果、位置検出装置３００は小型化可能であり、言及したものやその他のものを含む多種多様な用途に使用可能となる。
【００７６】
検出器構成３０２は、そこからの出力が別の方法で評価される、さらに追加の検出器８−１を具備できることに注目すべきである。さらに、プロセッサ２１４は、大きさｘの絶対値の（粗）決定を行なうことができる。これには、２つの復調信号ＳとＳＱの最大信号振幅を関連付けることだけが求められる。
【００７７】
ある応用分野では、物体の位置ｘの絶対値を粗決定するだけで十分なこともあることにも注目すべきである。この場合には、プロセッサ２１４ における補間的評価も、カウンタ２１５における増分評価も、両方とも行なわずにすますことができる。さらに、プロセッサ２１４において実行される補間を行なわずに、増分的大きさｘｎだけから物体の位置を決定することもできる。
【００７８】
図７は、さらに別の例示的な実施形態に基づいた位置検出装置４００を示す。位置検出装置４００は、マイケルソン干渉計ヘッド３０３の代わりに、ファブリー・ペロー干渉計ヘッド４０３が使用されることだけが、位置検出装置３００とは異なってもよい。その他の点では、既述の構成要素（波長可変レーザ３０１、検出器構成３０２、評価回路３０４）が使用され得る。繰り返しを避けるために、関連した説明を参照されたい。
【００７９】
干渉計ヘッド４０３は、２つのミラー４０１、９を有し、それらの間に光共振器が据え付けられている、ファブリー・ペロー干渉計を具備する。以下にさらに詳しく説明するように、低フィネスのファブリー・ペロー干渉計が望ましいと言える。このようなファブリー・ペロー干渉計は、ファブリー・ペロー干渉計のミラーの一方として、光ファイバ（ＳＭＦ２０７）の研磨された平面端部４０１を使用することによって容易に実現可能である。前記ミラー４０１より後ろの光路は、コリメータ・レンズ４０５を含み得る。ファブリー・ペロー干渉計の第２のミラー９は、監視対象の物体（図示せず）に装着され得る。測定区域は、共振器内、すなわち、２つのミラー４０１と４０９の間に含まれる。
【００８０】
低フィネスを達成するためには、ミラー４０１、４０９の少なくとも一つが低反射率をもつようにすればよい。通常、光ファイバの研磨された平面端部の反射率は４％辺りであるので、望ましい低反射性を有する。別のオプションは、前記物体に付けられたミラー９が低反射率をもつようにすることである。物体の表面によって反射された光を単純にそのまま利用できる場合もある。
【００８１】
検出器８における反射光の強度は、ファブリー・ペロー干渉計の反射率に比例するが、これは次式によって定義される。
【数６】
2010540943.tif 000029
【００８２】
フィネスＦ ＝ （πｇ／２）１／２は、ｇ２ ＝ ４Ｒ／（１−Ｒ）２によって決定される。Ｒは、ミラー４０１の反射率Ｒ１とミラー９の反射率Ｒ２から、Ｒ＝（Ｒ１Ｒ２）１／２により得られる実効反射率を示す。ｇ２ ＜＜ １とすれば、第一近似では分母は無視でき、反射率は次の比例性を満たす。
【数７】
2010540943.tif 000030
【００８３】
検出器８は、したがって、信号変動成分ｃｏｓ（ｋｘ）（ここで、ｋ ＝ ４π／λ）をもつ、すなわち、測定幅λ／２をもつ信号を測定する。これは、図６に示したマイケルソン干渉計の測定幅と同じである。すなわち、信号の評価は、図６に関して説明したのと全く同様に行なえる。復調信号ＳとＳＱの振幅比較によって物体の位置ｘの絶対値を決定するオプションに関しての説明を特に含むすべての詳細は、位置検出装置４００に同様に当てはまる。ファブリー・ペロー干渉計のフィネスＦは、したがって、例えば、１０．０未満、５．０未満、１．０未満または０．５未満であり得る。フィネスの値がより高いほど、信号の評価はより難しくなる。それは、フィネスが増加するにつれて、オシロスコープ上の軌跡は楕円形から異なる程度がどんどん大きくなるからである。このために、ポジショナーの誤差が発生し、信号評価のための複雑性が著しく増加することになる。
【００８４】
干渉計ヘッド４０３は、きわめて簡易な設計をもち、非常に小型化することができる。内蔵型システム中の小型設計のポジショナーにおける非常に精密な位置測定に特に向き、多様な新しい利用分野が開拓される。
【００８５】
位置検出装置は、一例として、１ミリメートル未満の範囲または１ミクロン未満の範囲での位置決め精度を有する上記ポジショナーの位置決め動作を監視するために使用され得る。図８は、本発明に基づいた位置検出装置を備える並進移動用ポジショナー５００の平面図を示す。ポジショナー５００は、第１の固定位置部分５０１と、第１の部分５０１に相対的に変位され得る、以後ではキャリア５０４と呼ぶ第２の部分を有する。相対位置調整装置が、第１の部分５０１とキャリア５０４の間で動作し、前記装置は、それに沿ってキャリア５０４がスライド可能である並進軸５０８とアクチュエータとして動作する圧電素子５０２によって実現され得る。並進移動の方向は、双頭の矢印Ｐ１で示される。
【００８６】
ここに示したドライブは、「慣性モータ」もしくはスリップ・スティック・ドライブと呼ばれる。スリップ・スティック・ドライブでは、その他の型式の設計でも、位置決め移動の刻み幅をドライブの作動によって正確に規定することはできない。このことは、単にドライブ制御を監視することによって（例えば、刻み幅をカウントすることによって）だけではポジショナー５００中のキャリア５０４に配置された位置決め部の位置を決定することはできず、むしろポジショナー５００は、位置決め位置の監視を可能にする装置を備える必要があることを意味する。
【００８７】
この目的のために、前述の例示的な実施形態のうちの一つに基づいた位置検出装置が備えられる。固定位置の第一の部分５０１は、前述の例示的な実施形態のうちの一つに従って設計され得る、そこに取り付けられた干渉計ヘッド５０３を有する。前記干渉計ヘッド５０３から出てくる照射光は、ミラー５０９に衝突し、同ミラーは、変位可能なキャリア５０４に装着され、移動の方向（双頭の矢印Ｐ１）に対して直角に方向付けられ、光を反射して干渉計ヘッド５０３へ戻す。干渉計ヘッド５０３は、光ファイバ５０７によって、前述の例示的な実施形態のうちの一つ従って設計され得る検出器構成（図示せず）に接続され、前述したさらに他の構成要素（レーザ、評価回路）と接続する。
【００８８】
一点鎖線５１０は、例えば、クライオスタット等の容器の壁によって実現可能である、システム境界を表す。干渉計ヘッドのみが（検出器の素子は伴わず）、内蔵型システム内に収容される必要があり、また―図８に示すように―ポジショナー５００の構成要素に組み込むこともできることが明らかになる。このことは、既知のポジショナーの機能がしばしば所望の態様には保たれないような、低温、超高真空（ＵＨＶ）または高電場または高磁場などの極端な環境においてポジショナー５００を使用できることを意味する。
【００８９】
並進ポジショナー５００の場合には、例えば、５ｎｍ未満の光学的分解能を達成することが可能である。刻み幅は、圧電素子５０２を作動する電圧に基づいて、及び温度に基づいて、約５ｎｍから１μｍの間で変動され得る。光学的位置監視の高い分解能のおかげで、ドライブの機械的境界（例えば、５ｎｍ）の領域において、したがって、位置決め精密度を達成することができる。多くの応用にとって特に有利であるのは、通常、 数ミリメートルから１以上のセンチメートルまでをとり得る、移動の最大経路が長いことである。
【００９０】
上記の例示的な実施形態は例示であること、さらに本仕様書の開示内容は、異なる例示的な実施形態において説明される特徴の組合せも、それが技術的に可能であれば、含むことに注目すべきである。さらに、あまり詳しく説明されていない、図２から図４の例示的な実施形態に関するすべての詳細は、図５から図８を参照してさらに詳しく説明した例示的実施形態にも適用可能であること。またその逆に、図２から図４で説明した例示的な実施形態には、図５から図８を参照して説明した例示的実施形態において述べられている詳細をまさしく付加できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出のための装置であり、
測定区域中に波動場を発生させるための光源（２０１）と、
時間の経過に伴う前記波動場の波長の変動を発生させるための波動場変動装置（２１６）と、
前記測定区域の長さに依存する、前記波動場に対する干渉パターンを発生させるファブリー・ペロー干渉計（４０３）と、
検出された前記干渉パターンに基づいて測定信号（２０８）を生成するための検出器（８、１０８）と、 
前記経時変動に基づいて前記測定信号（２０８）を評価する評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）と、
を具備する装置。
【請求項２】
前記波動場変動装置（２１６）は、前記測定区域中の前記波動場の前記経路位相を時間の経過に伴い変化させるための位相シフタ（７）を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記位相シフタは可動ミラー（７）を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ファブリー・ペロー干渉計 （４０３）のフィネスは、１０．０未満、とりわけ５．０未満、またはさらに１．０未満、またはさらに０．５未満である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記経時変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調し、前記経時変動に依存し、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記光源（２０１）により発生した光が前記ファブリー・ペロー干渉計（４０３）へそれを経路として導かれる光ファイバ（２０７）であって、前記ファブリー・ペロー干渉計 （４０３）から戻る光が前記検出器（８、１０８）へそれを経路として導かれる、光ファイバをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記経時による前記波長の変動に依存する第１の周波数で前記測定信号（２０８）を復調し、前記経時による前記波長の変動に依存し、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記光源（２０１）は、変動周波数ｆで前記波長を経時変動させるように設計され、
前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記周波数ｆと２ｆで前記測定信号（２０８）を復調するように設計される、請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
第１の固定位置部分（５０１）と、
第２の部分（５０２）と、
前記第１の固定位置部分（５０１）と前記第２の部分（５１２）との間で、前記第２の部分（５１２）を前記第１の固定位置部分（５０１）に対して相対的に変位させるように作用する位置調整装置と、
干渉計ヘッド（４０３、５０３）と、を具備するポジショナー。
【請求項１１】
前記干渉計ヘッド（４０３、５０３）は前記ファブリー・ペロー干渉計を有する、請求項１０に記載のポジショナー。
【請求項１２】
前記ファブリー・ペロー干渉計（４０３）のフィネスは、１０．０未満、とりわけ５．０未満、またはさらに１．０未満、またはさらに０．５未満である、請求項１１に記載のポジショナー。
【請求項１３】
前記位置調整装置は、スリップ・スティック・ドライブを有する、請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のポジショナー。
【請求項１４】
前記干渉計ヘッド（４０３、５０３）は前記第１の固定位置部分（５０１）の上に取り付けられた、請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のポジショナー。
【請求項１５】
前記干渉計ヘッド（４０３、５０３）に連結された光ファイバ（５０７）をさらに具備する、請求項１０から請求項１４のいずれかに記載のポジショナー。
【請求項１６】
ポジショナーと位置検出装置を含んでなる装置構成であり、
前記装置構成は前記ポジショナー（５００）を具備し、
‐前記ポジショナー（５００）の測定区域中に波動場を発生させるための光源（２０１）と、
‐時間の経過に伴い前記波動場の波長の変動を発生させるための波動場変動装置（２１６）と、
‐前記測定区域の長さに依存する前記波動場の干渉パターンを発生させるファブリー・ペロー干渉計（４０３）と、 
‐検出された前記干渉パターンに基づいて測定信号（２０８）を生成するための検出器（８、１０８）と、
‐前記経時変動に基づいて前記測定信号（２０８）を評価する評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）と、
を有し、前記ポジショナーの位置の移動を監視する前記位置検出装置（１００−１、１００−２、２００、３００、４００）をさらに具備する装置構成。
【請求項１７】
前記ポジショナー（５００）は、
第１の固定位置部分（５０１）と、
第２の部分（５０２）と、
前記第１の固定位置部分（５０１）と前記第２の部分（５０２）との間で、前記第２の部分（５０２）を前記第１の固定位置部分（５０１）に対して相対的に変位させるように作用する位置調整装置と、をさらに具備する、請求項１６に記載の装置構成。
【請求項１８】
クライオスタットをさらに具備し、
前記ポジショナー（５００）とファブリー・ペロー干渉計（４０３）は前記クライオスタットの中に収容され、光源（２０１）、波動場変動装置（２１６）、検出器（８、１０８）および前記評価回路（１０４−１、１０４−２、１０５；２０４、３０４）は、前記クライオスタットの外側に配置される、請求項１７に記載の装置構成。
【請求項１９】
前記ポジショナー（５００）の位置の移動を監視する際の光の分解能は、５ｎｍ未満である、請求項１６から請求項１８のいずれかに記載の装置構成。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010540943.tif 000031
【図２】
2010540943.tif 000032
【図３】
2010540943.tif 000033
【図４】
2010540943.tif 000034
【図５】
2010540943.tif 000035
【図６】
2010540943.tif 000036
【図７】
2010540943.tif 000037
【図８】
2010540943.tif 000038
【国際調査報告】
2010540943.tif 000039
2010540943.tif 000040
2010540943.tif 000041
2010540943.tif 000042
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