(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）を有し、第２構成群が、１つの光検出器（２．２）を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子（２．１）の側面上では、前記位相部分（ＰＴ）の１つの位相ウェブが、前記振幅部分（ＡＴ）の２つのウェブ間の各第２中間空間内に配置されていて、この位相ウェブは、光が通過したときに位相を１８０°だけずらす角度測定系。
【請求項２】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）を有し、第２構成群が、１つの光検出器（２．２）を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、前記振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子の側面上では、位相部分の複数の位相ウェブが、振幅部分の光非透過性のウェブとウェブとの間に配置されていて、これらの位相ウェブは、通過した光の位相を１８０°だけずらす角度測定系。
【請求項３】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）を有し、第２構成群が、１つの光検出器（２．２）を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の２次元の振幅部分（ＡＴ）を有し、この振幅部分（ＡＴ）内では、特定の複数の地点（Ｐ１１−Ｐ２３）だけが光透過性であり、位相部分が、これらの光透過性の地点（Ｐ１１−Ｐ２３）に対して水平方向と垂直方向に交互に１つずつ配置されていて、この位相部分は、０°又は１８０°の移相を引き起こす記載の角度測定系。
【請求項４】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）と１つの光検出器（２．２）を有し、第２構成群は、１つの逆反射素子を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子（２．１）の側面上では、前記位相部分（ＰＴ）の１つの位相ウェブが、前記振幅部分（ＡＴ）の２つのウェブ間の各第２中間空間内に配置されていて、この位相ウェブは、光が通過したときに位相を１８０°だけずらす角度測定系。
【請求項５】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）と１つの光検出器（２．２）を有し、第２構成群は、１つの逆反射素子を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子の側面上では、位相部分の複数の位相ウェブが、振幅部分の光非透過性のウェブとウェブとの間に配置されていて、これらの位相ウェブは、通過した光の位相を１８０°だけずらす角度測定系。
【請求項６】
互いに可動な２つの物体間の角度を非接触式に測定する角度測定系において、
これらの物体の各々が、角度測定系の構成群に接続されていて、第１構成群が、１つの光源（１）と１つの光検出器（２．２）を有し、第２構成群は、１つの逆反射素子を有し、さらに、１つの格子（２．１）が、この第１構成群か又は第２構成群のどちらか一方に敷設されていて、前記格子（２．１）は、振幅格子と位相格子を組み合わせて格子として形成されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の光透過性の支持材（ＴＲ）を有し、振幅部分（ＡＴ）の複数の光非透過性層及び位相部分（ＰＴ）の複数の光透過層が、この光透過性の支持材（ＴＲ）上に配置されていること、
前記格子（２．１）は、１枚の２次元の振幅部分（ＡＴ）を有し、この振幅部分（ＡＴ）内では、特定の複数の地点（Ｐ１１−Ｐ２３）だけが光透過性であり、位相部分が、これらの光透過性の地点（Ｐ１１−Ｐ２３）に対して水平方向と垂直方向に交互に１つずつ配置されていて、この位相部分は、０°又は１８０°の移相を引き起こす角度測定系。
【請求項７】
前記格子（２．１）は、遷移強度のｓｉｎ２的な変化を呈し、１８０°の移相が、この遷移強度変化の零点内で起こる請求項１〜６のいずれか１項に記載の角度測定系。
【請求項８】
前記格子（２．１）は、第２構成群に敷設されていて、この格子（２．１）は、前記光検出器（２．２）に対して空間的に一定の関係で配置されていて、前記光源（１）と前記格子（２．１）との間の距離（ｕ）は、前記格子（２．１）と前記光検出器（２．２）との間の距離（ｖ）よりも大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の角度測定系。
【請求項９】
前記光検出器（２．２）は、構造化された光検出器（２．２）として構成されていて、この光検出器（２．２）は、複数の個別光素子を有し、これらの個別光素子は、前記光源（１）と前記光学格子（２．１）によって形成された干渉縞（３）に対して平行に配置されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の角度測定系。
【請求項１０】
前記光検出器（２．２）上の干渉縞の平均化された少なくとも周期（ｄＩ）が、光源（１）と光検出器（２）との間の所定の距離に対してこの構造化された前記光検出器（２．２）の構造周期の整数倍である請求項９に記載の角度測定系。
【請求項１１】
光ビームの放射中心が、前記光検出器（２．２）に対する前記光源（１）のそれぞれ可能な相対位置に対して同じ地点に存在するように、この光源（１）は構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の角度測定系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、角度を非接触式に測定する角度測定系に関する。
【０００２】
いわゆる混成式振幅位相格子、略してＭＡＰ格子を有する位置測定系が、本出願人のヨーロッパ特許出願第 0011588.5号明細書から公知である。このＭＡＰ格子は、測定方向に沿って交互組合わせて配置された複数の振幅構造体と位相構造体から構成される。その結果、主に±１次回折が、格子の出力信号に使用される。その他の次数の回折は抑制される。
【０００３】
ＳＰＩＥ第 136巻，第１回 European Congress on Optics Applied to Metrology (1977)，第 325-332頁中で発表されたR. M. Pettigrew による論文から、格子に関する幾何光学と回折光学の原理が公知である。このことから特に、複数のトルボット面が、幾何学的な格子パターン内に存在することが公知である。格子が、これらのトルボット面内で投影される。すなわち、１つのトルボット面内の光変調が、格子の直ぐ後の光変調にほぼ対応する。トルボット面とトルボット面との間では、変調の零点が生成され、かつ、移相が起こる。それに対して回折パターン内では、移相が起こらず、かつ、格子による光変調も零点を有さない。
【０００４】
米国特許発明第 5,196 900号明細書から、角度測定システムがカメラシステムによって実現される。この角度測定システムでは、１つの点光源を２次元の感光性領域上に投影するためのレンズが利用される。角度測定システムのレンズの回転対称的な焦点が検出され、角度測定システムがこれによって校正された後に、２つの角度が非接触式に同時に算定され得る。この目的のために、各光源に対して２次元の角度値を算出する画像処理ユニットが設けられている。さらに、各光源に対してこれらの光源の空間内の座標を算定するためのプロセッサが設けられている。２次元感光性領域から隣合った領域素子によって算出された強度値が統計的に分析されることによって、精度が向上する。
【０００５】
米国特許発明第 5,805,287号明細書から、多数の被写体の地点と位置を互いに相対的に算定する方法と装置が公知である。この場合、電子光学センサを備えた少なくとも２台のカメラが利用され、ネットワークが複数の基準点から構成される。少なくとも１台のカメラが空間内の異なる位置からこれらの基準点の投影を検出することによって、これらの基準点の位置は既知であるか又は算定される。引続き、カメラの位置が、これらの基準点の既知の位置を用いて算定される。次いで、１つのプローブツールをその被写体の少なくとも１つのポイントに接触させ、このプローブツールに対する測定値が少なくとも２台のカメラを用いて既知の位置内で算出されることによって、これらの被写体の位置が互いに相対的に算定される。
【０００６】
この米国特許発明第 5,196,900号明細書とこの米国特許発明第 5,805,287号明細書には、光源がレンズを用いて２次元の感光性領域上で一点でしか投影されないために、この光源の場所情報が少しのピクセルにしか供給されないという欠点がある。この場合、回避することのできない雑音が、位置測定時の信頼性を著しく損なう。この不十分な精度のほかに、位置測定に対して必要である比較的大きい経費も欠点である。すなわち、一地点の値を算出するためには、少なくとも２台のカメラが必要になる。さらに、被写体の結像がカメラ内で実行される。このことは、測定の信頼性を大きく損なう。測定領域に対する分解能の比は、このようなシステムでは 10 -4以上の範囲にすぎない。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許発明第 39 38 935号明細書から、移動測定方法とこの移動測定方法を実施するための装置が公知である。場所を固定した光源の光が、測定方向に沿って運動する光学的な格子に向かって照射される。これによって、回折が起こる。光源に対して相対的に場所の固定された１つの光検出器が、この光学的な格子に対して所定の間隔をあけて配置されている。この光検出器は、回折された光の強度を検出する。光源と光検出器との間に配置されたこの光学的な格子が測定方向に沿って移動すると、回折パターンの最大値がこの光検出器上を移動して、測定方向に沿った移動に比例する変調をこの光検出器の出力信号中に生成する。
【０００８】
この場合、光源と光学的な格子と光検出器との間の距離が、狭く限定された範囲内だけでしか変化することが許されない点が欠点である。何故なら、例えば、光検出器内で検出される光の変調度(Modulationstiefe)が、光検出器と光学的な格子との間の距離に依存するからである。光検出器と光源との間の距離が明らかに変化すると、移相が起き、変調の損失が生じる。それ故に、この開示された方法とこの開示された装置は、光検出器に対する光源の相対的な位置と距離が広い範囲内で変化する角度測定システムに対しては適さない。
【０００９】
米国特許発明第 4,218,615号明細書から、光学式インクリメンタル回転検出器が公知である。この光学式インクリメンタル回転検出器では、１つのスリットが１つの光源によって照射される。このスリットを通過する光が、この光源とこのスリットとに対して相対的に固定されている第１格子を照射する。１つのパターンが、この格子によってトルボット面内に形成される。測定方向に沿ってこの第１格子に対して相対移動可能な第２格子が、これらのトルボット面のうちの１つに沿って配置される。測定方向に沿って第２格子を第１格子に対して相対移動させることによって、この第２格子の後に配置された光検出器の振幅が、この第１格子に対するこの第２格子の相対移動に応じて変化する。これによって、この光検出器によって出力された電圧変調が、測定方向に沿った第１格子に対する第２格子の相対移動に関する目安になる。
【００１０】
このことには、第１格子と第２格子との間の距離の変動が非常に狭い範囲内でしか許されないという欠点がある。さもないと、トルボット面を離れ、第１格子に対する第２格子の相対移動が、光度の不十分な変調を招き、ひいては光検出器の出力信号中に不十分な電圧変調を招く。それ故に、この開示された方法とこの開示された装置は、光検出器に対する光源の相対的な位置と距離が広い範囲内で変化する角度測定システムには適さない。
米国特許発明第 5,900,936号明細書から、表面の歪みと表面の変位を測定する方法と装置が公知である。この目的のために、２つの光源が、コヒーレントな光用に所定の間隔をあけて配置されている。これらの両光源は、１つの光検出器の方向に放出される。光検出器は表面に配置されている。この表面の歪みと変位が測定される。これら双方のコヒーレントな光源の測定方向に沿って変化する強度を呈する干渉縞がこの表面に発生する。この光検出器の移動によって引き起こされるこの強度変化は、プロセッサによって評価される。
【００１１】
この場合、比較的高価であるコヒーレントな光用の少なくとも１つの光源が必要になる点が欠点である。さらに、光源に対して大きく傾斜した１つの検出器を使用した場合に、発生する光の位相が１つしか検出され得ない点が欠点である。
【００１２】
最後にヨーロッパ特許出願公開第 331 353号明細書から、送信ユニットと受信ユニットとの間の空間的な角度変化を測定するために適している測定システムが公知である。例えば適切な１つの光源の形態をした特に１つの送信ユニットが、第１の物体の送信側に配置されている一方で、前方に配置された格子を伴う検出ユニットは第２の物体に対して固定される；この場合、この格子は、公知の振幅格子として形成されている。これらの両物体間の距離が場合によっては激しく変動するときの状態をこの提唱された配置の欠点として同様に挙げることができる。何故なら、このとき、十分な信号変調がもはや保証され得ないからである。
【００１３】
本発明の課題は、第２の物体に対する第１の物体の相対角度を可能な限り直接的に測定可能にする角度測定システムを提供することにある。特にこの場合、第１の物体と第２の物体との間の距離と測定システムの個々の構成群間の距離とが広い範囲内で可変である点が利点である。
【００１４】
この課題は、請求項１〜６に記載の特徴を呈する角度測定系によって解決される。
さらに、この課題は、請求項２に記載の特徴を呈する角度測定システムによって解決される。
【００１５】
本発明の角度測定システムのその他の構成と好適な構成は、各従属請求項に記載されている。
【００１６】
本発明の角度測定システムには、工作機械の作業空間内で使用する場合に、機械の熱的な膨張と歪みを校正する必要がないという利点がある。何故なら、角度測定システムが両物体間、例えば工具と加工品との間の角度変化をほぼ直接的に検出するからである。この機能に対しては、構成要素である光源，格子と光検出器だけが必要である。そのため、本発明の角度測定システムは、コンパクトでかつ廉価に実現可能である。
【００１７】
その他の利点は、角度測定システムの第１の物体に固定されている第１の構成群と第２の物体、例えば工作機械に固定されている第２の構成群との間の距離が広い範囲内で変動可能である点にある。これによって、角度測定システムの大きな測定量が、例えば工作機械の作業空間内で可能になる。
【００１８】
さらに、本発明の角度測定システムの構成群の場合によっては起こり得る傾きも、角度測定に悪影響を及ぼさない点を利点として挙げることができる。
【００１９】
もう１つの利点は、空間内の位置の直接的な測定が、少なくとも３つの角度測定システムを適切に配置することによって可能である点にある。空間内の位置も、さらに多くの本発明の角度測定システムによって検出され得る。さらに、機械的な構成群の誤差を苦労して測定しないで済む。例えば、平行運動を伴う工作機械の継手誤差（Ｇｅｌｅｎｋｆｅｈｌｅｒｎ）、又は少なくとも２つの軸の軸方向の位置決め時に発生し、軸方向の位置測定時に検出されてはならない案内誤差（Ｆｕｅｈｒｕｎｇｓｆｅｈｌｅｒｎ）を苦労して測定しないで済む。
【００２０】
以下に、本発明の角度測定システムと本発明の方法のさらなる利点と詳細を図面に基づく実施の形態から説明する：
まず始めに、本発明の角度測定システムとこの角度測定システムの機能についての概論を第１の実施の形態にしたがって説明する。引続き、個々の構成群を別の実現可能性によって詳しく説明する。その後で、別の実施の形態を詳しく説明する。
【００２１】
図１中には、本発明の角度測定システムで可能な第１の実施の形態が示されている。互いに相対運動する２つの物体間の角度を測定するため、光源１が、第１の可動体に固定される。この光源１の光を検出する１つの検出ユニット２が、この第１の物体から−所定の範囲内で変化する−走査距離ｕ内の可動式の又は固定式の第２の物体に配置される。この場合、明らかに、検出ユニット２と光源１とを互いに入れ換えてもよい。
【００２２】
本発明の角度測定システムを工作機械に対して使用した場合は、工作機械のそれ自身回転しない主軸ヘッドが第１の可動体として選択される。この場合、光源１が、好ましくは工具の把持部 (Werkzeugeinspannung)の近くに配置される。そして、好ましくは、加工品に対する把持装置が第２の物体として選択される。この場合、検出ユニット２が、好ましくはこの加工品の近くに配置される。光源１と検出器２が工具と加工品との接触点に近ければ近いほど、測定結果を不精確にする影響がその測定結果でよりいっそう直接的に考慮される点が本発明において特に好ましい。これによって、このような影響（特に熱膨張と機械的な誤差）の校正が大幅に省略できる。このことは、角度測定システムの本発明の構成によって可能である。この角度測定システムでは、相違する物体に対する光源１と検出ユニット２が、その第２の物体に対するその第１の物体の角度変化が測定されなければならない地点の可能な限り近くに配置される。光源１が拡散的に放射し、特に発光ダイオードによって実現される。光源１の可能な地点と位置ごとのときと同様に、検出ユニット２が、可能な固有の地点と位置ごとに測定空間(Messvolumen) 内で十分な強度で照射されるように、この光源１の拡散角度が大きく選択される。
【００２３】
検出ユニット２は、格子定数ｄG を有する１つの格子２．１とこの格子２．１から距離ｖをおいて配置された特に構造化された光検出器２．２とから構成される。この光検出器２．２は、類似の又は同一の寸法から成る多数の個別光素子を有する。その代わりに、この構造化された光検出器２．２を前方に格子が配置されている１つの光素子だけで実現してもよい。光検出器に照射される光の照射強度の多数の位相位置を算出しなければならない場合は、電気的に独立された多数の個別光素子を使用する必要がある。
【００２４】
光源１によって照射された格子２．１は、構造化された光検出器２．２上に周期ｄI の干渉縞３を形成する。この干渉縞の位置は、検出ユニット２に対する光源１の角度位置に依存する。光源１が検出ユニット２に対して格子２．１の格子ベクトル方向に相対的に移動すると、干渉縞３が光検出器２．２上を移動する。この場合、この格子ベクトルは、格子線に対して垂直に存在し、もう１つの格子線の方向を向いている。光源１が格子ベクトルの方向に移動されなければならない距離、すなわち干渉縞３が光検出器２．２上で周期ｄI だけ移動する距離を以下では仮想信号周期ＳＰと呼ぶ。
【００２５】
格子２．１を光源１と光検出器２．２との間の投影素子として本発明にしたがって使用すると、この光源１のパターンが１つだけ光検出器２．２上に形成されるのではなくて、多数のパターンが光り検出器２．２上に形成されるという利点を奏する。そのため、分解能が著しく上がる。
【００２６】
以下に、角度測定システム全般とこの角度測定システムの機能を説明する。
【００２７】
好ましい構成が、例えば本発明の角度測定システムの以下の寸法によって与えられている：
検出ユニット２に対する光源１の距離ｕ                    0.5-1.5 m
構造化された光検出器２．２に対する格子２．１の距離ｖ        80 mm
（幾何学パターン又は回折パターンに対する）
格子２．１の格子定数ｄG                               148 μm/296 μm
検出周期ｄD                                             160 μm
光源１の広がり                                          400 μm
距離ｕ0=1mにおける仮想信号周期ＳＰ0                       2 mm
（距離ｕに依存した）
構造化された光検出器２．２面上の強度周期           156μm - 171 μm
検出周期ｄD の数                                      5
個別光素子の数                                       20
個別光素子間の位相角度                               90 °
多数の変更可能性が、本発明の角度測定システムの構成に開かれている。これらの変更可能性を互いに任意に組合わせてもよい。以下で二三の変更可能性を説明する。
【００２８】
２つの異なるパターンバリエーションである回折パターンと幾何学パターンが、角度測定システムによって利用され得る。回折パターンでは、変調が消滅しない。幾何学パターンでは、格子２．１のコントラストの鮮明なパターンが、この格子２．１に対する所定の距離（トルボット距離）の近くだけに形成される。幾何学パターンでは、好ましくは結像に対して 90 °位相のずれた振幅格子又は位相格子が使用される。この格子の格子定数ｄG は、以下の関係にある。
dG =v/(u0+v) ・SP0 及びd G =u0/(u0+v)・ｄD 
この場合、u0は中間走査距離であり、ＳＰ0 は、この走査距離 u0 内の仮想中間信号周期である。しかしながら幾何学パターンでは、走査信号の高い変調度が、
1/u + 1/v = 1/(n・z T )
による所定の走査距離ｕの場合にだけ得られる。このとき、z T = d G 2/λをトルボット距離と呼ぶ。高い変調を伴う１つの走査範囲から高い変調を伴う次の走査範囲にかけて、１つの零点がこの変調において生成され、かつ、180 °の移相が起こる。その結果、或る限定された走査範囲しか（１つの一定の指数ｎしか）利用できない。
【００２９】
それ故に好ましくは、回折パターンを選択する必要がある。何故なら、このときには、移相が高い変調を伴う間隔領域と間隔領域との間に起きないからである。格子がここでは、例えば位相が 180°ずれ、かつウェブと細隙との幅が同じ位相格子として構成される。対応する規則：
d G =2・u0/(u0+v) ・d D 及びd G =2・v/(u0+v)・SP0 
が、格子定数の寸法決めに対して成立する。
【００３０】
移相が光源１と検出器２との間の距離の変動時に起きない点が、回折パターンを使用するときの利点である。しかしながら実際には、変調度は、光源１と検出ユニット２との間の距離の変化時に相当に変動する。その理由は、結像格子２．１の回折次数がより大きいからである。格子２．１として位相格子と振幅格子を組合わせた格子を使用することによって、一定の高い変調度が間隔領域全体にわたって可能になる。格子定数ｄＧを選択するにあたって、回折パターンにおけるのと同様なこの規則は、位相格子と振幅格子とを組合わせた格子のときにも成立する。
光検出器２．２の出力信号の信号特性を改善するため、より高い回折次数によって引き起こされる高調波が減衰される。この目的のために、好ましくは高調波を濾波するフィルタ構造体が格子２．１に対して配置される。従来の技術から既に公知の全ての光学的な高調波フィルタが、このような高調波フィルタとして適している。この場合、高調波フィルタは、使用されるＭＡＰ格子２．１に組込まれて構成される。このＭＡＰ格子２．１は、また後で説明する。例えば、図６中に示された振幅部分ＡＴに加えて、さらに別の光非透過性のウェブが、この存在する振幅部分ＡＴに対して平行に設けられる。しかしながら、これらのウェブの幅は、この存在する振幅部分ＡＴよりも遙かに狭い。さらに、このことは、５次と６次の回折パターンを減衰させる。その結果、光検出器２．２の出力信号中の第３信号高調波の振幅を消滅させることができる。
【００３１】
その代わりに、高調波フィルタを第２の実施の形態の構造化された光検出器２．２又は光源１に対して配置してもよい。しかしながら、この配置は、フィルタの機能が、このときに光源１と光検出器２．２との間の距離に依存してしまう。この依存性を可能な限り完全に排除するため、光検出器２．２の感度が、例えば中心周りに対称なハミング窓に応じて変更される。ハミング窓の代わりに、フーリエ変換の分野から公知の全ての窓関数を使用してもよい。この目的のためには、例えばハミング窓が適している。光検出器２．２の複数の光素子の長さが格子２．１の格子線に対して平行に相違する方法で、このハミング窓は、構造化された光検出器２．２で実現される。これらの光素子の長さは、ハミング窓の関数にしたがって決定される。
【００３２】
以下に、本発明の光源１を詳しく説明する。
【００３３】
光ビームの放射中心が検出器２に対する光源１の可能な各地点に対して同じ地点にあるように、この光源１は構成される。このことは、例えば少なくとも部分的に平坦か、シリンダ状か又は球状の光源１によって実現される。光源１の大きさは、好ましくは仮想信号周期ＳＰよりも少し小さい。
【００３４】
さらに、仮想放射点が生成されるように、光源１の放射点が光学系によって移動され得る。そのため、測定が、所望の場所、例えば主軸の可能な限り近くで実施される。しかも、拡散も適切な光学系によって変更され得る。
【００３５】
光ビームを生成する場所を光源１として直接的に利用するのではなくて、光ビームを光ファイバを通して光源に適した１つ又は多数の場所、特に加工品又は工具の近くに伝えることも可能である。このとき、光ビームが拡散して出射する光ファイバの端部が、光源１として定められる。これによって、小さくて円い１つのビーム面が角度に依存しない１つの放射中心を有するという利点が得られる。このことは、十分なビーム強度の光源１が場所を少なからぬ占有する小さな測定空間(Messvolumen) に対しても特に適している。このとき、光源１をこの測定空間から離して配置してもよい。そして、多数の光ファイバが、単一の光源１のビームを角度測定システムに適した別の地点にさらに伝えることもできる。
【００３６】
基本的には、小さい発光面を有する光源が光源１として適している。光源の最大の大きさは、発生する最少仮想信号周期ＳＰの 75 ％を超えてはならない。何故なら、75％を超えると、変調が非常に僅かだからである。光源１と検出ユニット２との間で回転も生じる場合には、円い発光面が光源１に対して適切に選択される。特に適した光源１は、垂直方向に放射するＶＣＳＥＬＳ，アークランプやその他の放電ランプ，グローランプを含む発光ダイオード，半導体レーザーダイオードである。レーザー保護制御(Laserschutzbestimmung) の監視を容易にするため、光源を可視波長領域内か又はいわゆる「アイ・セイフ」領域内に適切においてもよい。
【００３７】
光源１と検出ユニット２との間の問題となる回転が起こらない場合は、光源１を完全に円くする必要は必ずしもない。特にこのとき、この光源１は、検出器２上の干渉縞３に対して平行な縦長の形にしてもよいし、又は検出器２上の干渉縞３に対して垂直に構成してもよい。すなわち、例えば複数のＬＥＤ又はレーザーダイオードから成る１本のラインが、仮想格子周期ＳＰ0 の距離内に光源１として考えられる。これによって、上述した円い光源１を有するシステムよりも明らかに高い光効率を得ることができる。
【００３８】
以下に、使用される格子２．１を説明する。
【００３９】
格子２．１の選択は、角度測定システムにとってそれ相応に重要である。好ましくは、正弦格子又はＭＡＰ格子が使用される；このような格子に関しては、既に冒頭で述べたヨーロッパ特許出願第 00115881.5 号明細書を補足的に参照のこと。この場合、正弦格子を組合わされた振幅・位相格子と理解される。この振幅位相格子は、強度の零点内で 180°だけ位相のずれた sin2 的な強度変化を呈する。変調の零点と移相が光検出器２．２面上の干渉縞内で発生しないことが、このような格子２．１によって保証され得る。したがって、光源１の光強度は、この光源１からの距離ｕ＋ｖだけに依存するか、又は検出器２に対するこの光源１の傾きだけに依存する。適切なＭＡＰ格子を格子２．１として使用する場合は、干渉縞３の光強度が正弦格子のときとほぼ同様な変化を呈する。適切なＭＡＰ格子によって、 sin2 的な変化に近づく。この場合、ＭＡＰ格子は、その製造において正弦格子よりも廉価である。
【００４０】
既に規定した本発明で使用される正弦格子は、例えばドイツ連邦共和国特許発明第 197 38 179 号明細書により公知の干渉縞投影システムで使用される正弦格子と相違することをこの点に関して明確に指摘する。すなわち、このような正弦格子は、一般に I(x)=I0*sin(kx)にしたがって記すことのできる遷移強度又は反射強度I(x)の変化を呈する。これに対して、本発明で使用される正弦格子は、I'(x)=I02*sin2(kx)にしたがう遷移強度 I ' (x)の変化を呈する。さらに、本発明で使用される正弦格子は、 180°だけの移相が強度変化の複数の零点でそれぞれ起こる。
【００４１】
図６中には、一次元のＭＡＰ格子が断面に沿って示されている。振幅部分ＡＴの光非透過性の層と位相部分ＰＴの光透過性の層とが、光透過性の支持材ＴＲ、例えばガラス上にしめされている。この場合、位相部分ＰＴ用の１つの位相ウェブが、振幅部分ＡＴの２つのウェブの間の各々の第２中間空間内に設けられている。この位相ウェブは、光の透過時に１８０°だけの移相をもたらす。
【００４２】
図５中には、２次元のＭＡＰ格子２．１が示されている。このＭＡＰ格子２．１は、１つの２次元の振幅部分ＡＴを有する。地点Ｐ１１〜Ｐ２３だけが光透過性である。これらのまだ光透過性な地点Ｐ１１〜Ｐ２３に対しては、 0°又は 180°の移相を引き起こす位相部分が、水平方向と垂直方向に交互に１つずつ設けられている。光透過性の地点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３では、 0°の移相が、２次元の位相部分によって起こる。そして、ハッチングした地点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３では、 180°の移相が起こる。
【００４３】
本発明の角度測定システムは、複数の基準マークも有する。いわゆるチップ化された基準マークが有益である。これらの基準マークは、特に回折パターン内でか又は幾何学的な暗い縞(Schattenwurf)内で使用される。そして、これらの基準マークは、格子２．１上の適切なウェブ配置と構造化された光検出器２．２に対する個別光素子の適切な配置とから構成される。多数の個別光素子の代わりに、個別光素子上に取付けられる１つの走査格子を利用してもよい。好ましくは、格子２．１のこのようなウェブと細隙の組合わせが選択される。この格子２．１では、格子定数が基準点で最少であり、両側面に向かって外側に増大する。これによって、仮想格子ＳＰが検出器２と光源１との間の走査距離ｕの変動時に変化しうることが考慮される。
【００４４】
以下に、光検出器２．２を詳しく説明する。
【００４５】
干渉縞３の位置が、構造化された光検出器２．２によって検出される。このように構造化された光検出器２．２は、−既に説明したように−２種類の様式で実現され得る。光透過性と光非透過性の複数の領域を有する１つの格子を個々の光素子の前方に配置してもよい。その代わりに、互いに所定の幅と所定の間隔をなす互いに電気的に遮断された多数の光素子を設けてもよい。これによって、格子構造体が同様に実現される。このとき、光検出器２．２は、好ましくは測定方向に沿った多数の個別光素子による一連のラインから実現される。これらの光素子は、好ましくは単一基板上に実現される。基板の個別光素子間は、拡散遮断部（ｅｉｎｄｉｆｆｕｎｄｉｅｒｔｅ  Ｓｐｅｒｒｅ）によって電気的に遮断される。光検出器２．２の感度を上げるため、個別光素子が、距離ｄＤをあけて互いに導通接続される。この場合、−ここでは検出周期ｄＤと呼ぶ−互いに接続されている個別光素子のこの距離は、光源１と光検出器２．２との間の所定の距離に対する干渉縞３の周期ｄＩと一致する。位相のずれた複数の走査信号が、光源１の移動時に構造化された光検出器２．２の個々の出力導線に出力されるように、この距離ｄＤは選択される。この位相のずれは、３６０°を干渉縞３の周期ｄＩ当りの個別光素子の数で除算することによって算定される。
【００４６】
幾つかの個別光素子から成る構造化された光検出器２．２の構造は、様々な方式で実現される。個別光素子が、検出面内の干渉縞３に対して平行に互いに相対的にずれている配置も考えられる。この配置は、特に個別光素子矩形に形成されていないときにそれ自身の場所を節減させることが可能である。
【００４７】
十分な信号強度を保証するためと、角度測定システムの汚れの感度を鈍感にするため、構造化された光検出器２．２の検出面は、基本的に可能な限り大きく選択しなければならない。走査距離ｕが大きく変化するために、確かに、干渉縞３が、光検出器２．２上で周期ｄI で変化する。構造化された光検出器２．２が測定方向に沿って長く延在している場合には、この変化は、走査信号の変調度を著しく変動させる。それ故に、測定方向に沿った光検出器２．２の長さは制限する必要がある。しかし、光検出器２．２は、測定方向に対して垂直方向には長く延在していてもよい。
【００４８】
その代わりに、構造化された光検出器２．２をそれぞれ多数の個別光素子を有する多数の領域に分割してもよい。この場合、各領域が、１つの独立した評価電子機器を有する。これらの個々の領域からの走査距離ｕに応じて異なる信号の位相のずれを算定することができ、そしてこれらの位相のずれが校正される。その結果、これらの個々の信号が位相校正されて加算され得る。これによって、有効信号が増幅される。このとき、平均化された位置値が、これから算出される。光検出器２．２上の干渉縞３の周期の変化を校正するため、いわゆる適合したアークタンジェント計算機が評価電子装置内で使用され得る。このアークタンジェント計算機は、光検出器２．２の個別光素子の出力信号間の位相のずれを算出し、これらの位相のずれを校正し、そしてアークタンジェント関数を用いて平均化された位置値を算定する。さらに評価時には、個々の干渉縞の周期を算出することができると同時に、検出ユニット２から光源１までの距離も算出することができる。
【００４９】
１枚の基板上に集積された多数の個別光素子を有し、特にシリコンから成る特に半導体検出器が、構造化された光検出器２．２として使用され得る；構造化されたアバランシェダイオードも同様に適している。その代わりに、相前後して配置された多数のディスクリート式の光検出器も、例えば同様に半導体検出器又は光乗算器若しくはマイクロチャネルプレートも使用することができる。この場合には、付加的な走査格子をディスクリート式の光検出器２．２の前方で使用する必要がある。
【００５０】
構造化された光検出器２．２の代わりに、ＣＣＤラインも使用され得る。このとき、この評価は、既に説明したように実施されるか、又は記録された画像をコンピュータ制御で評価することによって実施される。この場合にも、コンピュータ制御で評価することによって、個々の干渉縞の周期を算出することができると同時に、検出ユニット２から光源１までの距離も算出することができる。
【００５１】
１枚の基板上に集積された多数の個別光素子を有し、特にシリコンから成る特に半導体検出器が、構造化された光検出器２．２として使用され得る；構造化されたアバランシェダイオードも同様に適している。その代わりに、相前後して配置された多数のディスクリート式の光検出器も、例えば同様に半導体検出器又は光乗算器若しくはマイクロチャネルプレートも使用することができる。この場合には、付加的な走査格子をディスクリート式の光検出器２．２の前方で使用する必要がある。
【００５２】
構造化された光検出器２．２の代わりに、ＣＣＤラインも使用され得る。このとき、この評価は、既に説明したように実施されるか、又は記録された画像をコンピュータ制御で評価することによって実施される。この場合にも、コンピュータ制御で評価することによって、個々の干渉縞の周期を算出することができると同時に、検出ユニット２から光源１までの距離も算出することができる。
【００５３】
図5 中で示されているように、２次元格子２．１、例えば２次元正弦格子や直角のＭＡＰ十字格子と関連したＣＣＤアレイ又は光素子アレイ２．２を使用する場合、互いに垂直に生成された両干渉縞の精確な位置が算定され得る。その結果、２つの角度が、ただ１つの角度測定システムによって同時に測定され得る。その代わりに、別のプロセスも、光検出器としてＣＣＤラインを使用したときに考えられる。ここでは、ＣＣＤ素子の読取りは、その都度の測定時間に比べて多くの場合に非常に遅い。その代わり、これらのＣＣＤ素子内の荷電が、検出器の面に沿った干渉縞に対して垂直に延在しているバケットブリゲードデバイスによって同じ速度で連続して実行される。その結果、移動した電荷の位置によって特定されたそれぞれの「活性面」が、干渉縞３の全ての地点に対して同じ期間発生する。
【００５４】
照射時間が一定の場合、このことは、一定の、すなわち変調されなかった電流をＣＣＤ素子の信号出力部に出力させる。一方で、光源１の強度が、適切な周波数によって例えば正弦状に変調されると、変調された信号が、ＣＣＤ素子の信号出力部に同様に出力される。検出器ユニット２に対する光源１の相対角度をこの光源１の入力信号に対するこの位相関係から算出することができる。
【００５５】
この説明した技術の利点は、個々の感光素子の散光カバー，感度，開口部等の違いのような時間的に不変な違いがそれぞれの「検出器の活性面」の移動によって部分的に又は完全になくなって、それに応じて角度測定誤差がなくなる点に特にある。評価電子装置による誤差の発生も最小限になる。何故なら、全ての信号が、同じ電子装置を通過するからである。しかも、信号オフセットが、高域通過フィルタを用いて容易に除去され得る。
【００５６】
この技術を光源１と検出ユニット２との間の全ての距離ｕに対して適用できるようにするためには、光源１の変調周波数又はＣＣＤラインの読取り周期速度を光源１と検出器２との間のその時の距離ｕにその都度適合させることが必要である。これに関して、マルチプレクサに直列に接続され、好ましくはＣＭＯＳ技術で実現される光素子アレイが、ＣＣＤラインと同等に実現される。この場合、１つの光素子の１つの出力信号が、ＣＣＤラインの読取り周期速度にしたがって選択される。
【００５７】
以下に、評価電子装置を説明する。
【００５８】
光源１と光検出器２．２との間の変化する距離ｕに起因した、又は光検出器２．２に対する光源１の相対的な回転又は過回転に起因した干渉縞３の強度変動が、少なくともほぼ校正されるように、光源１のビーム出力を設定する増幅率が、以下の評価電子装置によって調整され得る。さらに、この電子評価装置は、構造化された光検出器２．２の出力信号を増幅する。個別光素子の出力信号の振幅が非常に小さく、かつ、雑音が追加の導線を通じて伝達しうるので、この増幅は、好ましくは特に雑音のない増幅器によって検出器の直後で実行される。引続き、これらの走査信号のアナログ／デジタル変換が実行される。新たな増幅が、この変換後か又はこの変換時に実行され得る。その後、干渉縞３のデジタル走査信号が、アークタンジェント関数によって位置値に換算される。この換算は、アークタンジェント計算機によってか又は記憶された値表によって実行され得る。これらの位置値は、検出ユニット２に対する光源１の相対角度位置を示すと同時に、加工品に対する工具の相対位置を示す。
【００５９】
邪魔なバックグラウンド光を波長フィルタによって低減又は抑制してもよい。さらに、変調技術を使用してもよい。これらの変調技術では、光源１のビーム出力が周期的に変調される。そして、検出装置が、この変調を適切なフィルタ、例えば帯域通過フィルタで検出する。この場合、一般に、光源１と検出器２とが互いに相対的にずれているために、変調周波数を最大信号周波数よりも著しく高く選択する必要がある。さらに、局所的に均一な散光分布が、例えば 90 °だけずらした位相位置による適切な評価時に測定結果を変化させないか又はほとんど変化させないように、擬似単一場走査が、構造化された光検出器２．２の使用時に実行される。
【００６０】
特に良好な特性の信号が要求される場合は、図３中に示すように公知の位相同期ループ（ＰＬＬ）技術やロックイン技術が使用され得る。この場合、光源１から放射されたビーム出力が周波数ｆ0 で正弦状に変化するように、この光源に供給される電力が、制御可能な増幅器ＳＶによって増幅される。このために必要な制御信号が、信号発生器ＳＧを出力する。光源１から分散して出射されたこのビーム出力は、散光と共に光検出器２．２内で検出される。この光検出器２．２の出力信号を選択的に増幅してもよい。引続き、この出力信号は、帯域通過フィルタＢＰに入力される。この帯域通過フィルタＢＰは、光源１から受信されたビーム出力の周波数ｆ0 で調整されているか又は設定される。
【００６１】
帯域通過周波数を設定するため、帯域通過フィルタＢＰの出力信号が、位相弁別器ＰＤに入力される。信号発生器ＳＧの出力信号も、この位相弁別器ＰＤに入力される。位相弁別器ＰＤの出力信号が、適切な制御器Ｒに入力される。この制御器Ｒは、帯域通過フィルタＢＰに対する制御信号を生成して、この制御信号を周波数ｆ0 に精確に合わせる。光源１のビームの強度が、この周波数ｆ0 で変調される。こうして、帯域通過フィルタＢＰの出力信号が、光源１からほとんど得られることが保証され得る。この出力信号は、角度測定システムの別の評価電子装置ＡＷＥに入力される。
【００６２】
さらに、図４中に示されているボックスカー技術が有益に実現される。ここででは、増幅器ＩＶ１が、パルス生成器ＩＧによって制御される。光源１に供給される電力が、この増幅器ＩＶ１によって変調される。光源１のこうして生成されたパルス状の出力信号が、散光と共に光検出器２．２によって検出される。後方に組込まれた荷電増幅器ＩＶ２の限定的に開かれる時間が、パルス生成器ＩＧの増幅器ＩＶ１に対して直接利用されたのと同じ出力信号によって制御される。増幅器ＩＶ１と増幅器ＩＶ２とを同期させることによって、光検出器２．２の出力信号は、光源１が放たれる期間内だけ増幅される。このとき、組込まれた荷電増幅器ＩＶ２の出力信号が、角度測定システムに接続されている評価電子装置ＡＷＥに入力される。これによって、光検出器２．２内で受信されたビームの評価も、光源１がビームを放つ期間内だけ実行されることが保証される。この場合、位置測定のトリガリングと位置の実際の測定との間の遅延時間は極めて僅かである。その結果、位置の動的誤差が、非常に小さくなって無視できる。
【００６３】
一方では、可能な限り長い測定時間が、回避不可能な信号雑音に関する平均化のために個々の角度測定に対して好ましい。他方では、運転速度(Verfahrgeschwindigkeiten)が速いときは、激しく増大する動的誤差が測定期間を制限する。それ故に、説明した角度測定システムでは、切換え可能な又は電子的に可変なアナログ帯域幅(Analogbandbreite)を有する評価電子機器を効果的に使用してもよい。
【００６４】
運転時間が遅いときは、平均化時間が長いために、高い精度がこのアナログ帯域幅を変えることによって得られる。その一方で、運転速度が速いときは、測定時間が短いために、確かにより大きい雑音誤差が発生するものの、個々で議論した動的誤差は小さく保持される。したがって、異なる固定のアナログ帯域幅の２つ又は多数の評価電子装置もこの同じ目的のため当然に使用することができる。多数の評価電子装置を使用する場合、個別の固有の構造化された光検出器を各評価電子装置に対して設けてもよい。
【００６５】
この評価電子装置では、信号誤差と受信信号中の高調波をオンライン校正することも可能である。このオンライン校正では、リサジュー図形が、例えば光検出器２．２の出力信号と光検出器２．２の 90 °だけずれた出力信号とから形成される。この場合、 180°の位相の個別光素子の出力信号が、 0°の位相の個別光素子の出力信号から減ぜられることによって、光検出器２．２の出力信号が生成される； 270°だけずらした個別光素子の出力信号が 90 °の位相の個別光素子の出力信号から減ぜられることによって、光検出器２．２の 90 °だけずらした出力信号が生成される。リサジュー図形を生成するため、光検出器２．２の出力信号のサンプリング値が、第１軸線の座標として利用され、90°だけずらした出力信号のサンプリング値が、この第１軸線に対して直交する第２軸線の座標として利用される。これらの両軸線によって形成された２次元座標系の零点周りのこうして生成されたリサジュー図形と円とのずれが算出される。これから、校正すべきオフセット，位相のずれ及び 90 °だけずらした両信号の誤差のある振幅比が算定される。好ましくは、通常の運転中のこの校正は、リアルタイムで実行される。
【００６６】
以下に、位置測定システムに対する角度測定系の可能な発展形を説明する。
【００６７】
位置測定を最終的に実施できるようにするためには、より多くの角度測定系を互いに連結する必要がある。この場合、複数の光源１と複数の検出器２が、場合によっては多重使用できる。すなわち、光源１又は検出ユニット２が、２つ又は多数の角度測定系から成る構成要素である。１つの光源１がより多くの角度測定系で利用される場合、このことは問題ない。
【００６８】
複数の検出器２を多重使用する場合は、異なる光源１の出力を時間分割することが重要である。異なる角度測定系の複数の光源１が、時間分割の異なるスロット時間内で稼働され、これらの光源１のタイムシェアリングシステムが、共通の検出器２の評価電子装置内で既知であるように、このことは実現され得る。これらの光源１では、これらの光源１が異なる搬送周波数によってこれらの光源１の強度内で変調されるという可能性がある。その結果、検出器２の評価ユニット内で適切に復調又は帯域通過濾波することによって、信号成分が個々の光源に割当てられ得る。
【００６９】
場合によっては、角度測定系の数を論理的に必要な数よりも多く選択する必要がある。何故なら、冗長性が、測定系の雑音信頼性と精度を向上させるからである。さらに、所定の空間位置、例えばトルボット面に対して、又は幾何学的な遮断のために、不十分な結果しか得られないという状況が起こりうる。
【００７０】
さらに、複数の光源１を実現するため、及び異なる位相位置の測定信号を生成するため、個々の光源が異なる位置に対して位置決めされ得る。このとき、図２に対して詳しく説明するように、検出器２内の個々の光素子で十分である。確かに、このとき、これらの個々の光源の信号出力を互いに分離する必要があるものの、この分離は、幾何学的に、時間的に又は色のコード化若しくは偏光のコード化によって実行できる。
【００７１】
図２は、本発明の角度測定系の別の第２の実施の形態を示す。この第２の実施の形態は、光源１と光検出器２．２とがこの第１の実施の形態とは逆（の関係）になっている点で第１の実施の形態と主に相違する。今度は、可動な物体に存在する１つの光検出器２．２が、光源ユニット１から空間内に放射された光を検出する。この場合、この光ユニット１は、多数の、例えば独立した制御可能な個々の光源と格子定数ｄG の１つの格子２．１とから構成された第１の実施の形態の検出ユニット２に類似している。
【００７２】
格子２．１は、個々の光源に対して空間的に固定されて敷設されている。（距離u に依存する）周期ＳＰの干渉縞３が、所定の個々の光源を制御することによって空間内に形成される。これらの個々の光源によってそれぞれ直接相前後して空間内に投影された干渉縞３が、所定の既知の位相関係を互いに呈するように、光源ユニット１の個々の光源が配置されて制御されることによって、この光源ユニット１に対する検出器２のその時の相対角度値が、光検出器２．２から算出されたこれらの異なる個々の光源の光強度から算出され得る。
【００７３】
光源ユニット１は、例えば等間隔に配置された４つのレーザーダイオード又は発光ダイオードを有してもよい。これらのダイオードの干渉縞３が、空間内で 90 °の位相だけ互いに相対的にずれている。個々の発光ダイオードが直接相前後して制御されて、光検出器２．２で発生する光出力が測定される場合は、光源１に対する光素子２．２の相対角度位置が、アークタンジェント計算機又は対応する換算表によって増幅されてアナログ／デジタル変換された走査信号から再び算出され得る。
【００７４】
光源ユニット１のビーム出力を上げるため、面積の大きい発光ダイオードを利用してもよい。１枚の格子２．１が、これらの発光ダイオード上に直接的に取り付けられている。その代わりに、格子２．１に対して平行に指向されている構造化された発光ダイオードや縦長の発光ダイオードを利用してもよい。
【００７５】
この別の角度測定系に対する好ましい構造が、例えば以下の寸法によって与えられている：
送信ユニットに対する光素子の走査処理ｕ          0.5-1.5 m
個々の光源に対する格子の距離ｖ                    80 mm
格子の格子定数ｄG                               148 μm / 296 μm
（幾何学パターン又は回折パターン)
個々の光源の距離                                40μm
光素子の大きさ                                  400 μm
走査距離ｕ0= 1m 内の信号周期ＳＰ0                 2 mm
個々の光源の数                                  ４個又は８個
個々の光源間の位相角度                          90°
個々の光源の大きさ                              ≦ 100μm
この第２の実施の形態を構成するため、第１の実施の形態に関連して説明した全ての構成可能性を意味通りに転用することができる。特にこのことは、異なる光源ユニット１，格子２．１及び光検出器２．２に対して該当する。
【００７６】
本発明の角度測定系のこの第２の実施の形態では、個々の光源を実際に時間的に連続して稼働させる、つまり個々の光源の信号を時間的に連続して検出する必要は必ずしもない。この代わりに、個々の光源によって放射された、つまり光素子２．２によって検出された干渉縞３が時間的にも重畳しうる。この場合、異なる個々の光源の強度が、時間的に例えば正弦状に変調される。このとき、個々の光源の制御がぞれぞれ、時間的に位相をずらして実行される。
【００７７】
このことは、光素子２．２によって検出された信号が同様に時間的に変調されていることを伴う。この場合、個々の光源の制御に対する位相の相対的なずれが、同様に、光源１に対する光素子２．２の相対角度に関する目安である。
【００７８】
検出器２が、特定の用途で光源１に対する連結軸の周りを回転しない場合は、回転可能なときに必要な高い対称性を呈する必要がない。このとき、光検出器２を同様に個々の素子から構成することができる。それ故に、これらの個々の素子の各々が、（例えば、色フィルタ等によって）構成されていて、所定の個々の光源の光を検出することができる。この場合、光検出器２に到達したビーム強度が各光源に対して時間的に連続して測定する必要は当然なくて、同時に測定できる。このことには、個々の光源が連続して稼働され得るという利点がある。
【００７９】
本発明のもう１つの構成では、光源１と検出器２が、第１の物体のすぐ隣に配置される。逆反射素子が、第２の物体に対して配置される。相対角度変化が、この第２の物体に対して測定されなければならない。この逆反射素子は、光ビームを光源方向に僅かにずらして反射させる。例えば、三面鏡，三重プリズム，逆反射体，ルーフエッジプリズム，又は焦点面に沿って配置された鏡と組合わせたレンズが、逆反射素子として利用され得る。このことには、一方の物体に対して配置された構造群である光源１と検出器２だけが接続電線を必要とするものの、逆反射素子はこれらの接続電線を必要としないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の角度測定システムで可能な第１の構成を示す。
【図２】  本発明の角度測定システムで可能な第２の構成を示す。
【図３】  本発明により実現可能な第１の評価電子装置を示す。
【図４】  本発明により実現可能な第２の評価電子装置を示す。
【図５】  ２次元の混成式振幅位相格子に対する実施の形態を示す。
【図６】  １次元の混成式振幅位相格子に対する実施の形態を示す。
【符号の説明】
１  光源，光源ユニット
２  検出ユニット
３  干渉縞（強度縞系；Intensitaetsstreifensystem, Intensitaetsstreifen）
２．１  ＭＡＰ格子
２．２  光検出器
ＳＶ  増幅器
ＢＰ  帯域通過フィルタ
ＳＧ  信号発生器
ＡＷＥ  評価電子装置
ＩＶ１  増幅器
ＩＶ２  増幅器
ＩＧ  パルス発生器
ＰＴ  位相部分
ＡＴ  振幅部分
ＴＲ  支持材
Ｓｐ  仮想信号周期
ｄI 干渉縞の周期
ｄG 格子定数
ｕ  走査距離
ｖ  距離
Ｐ１１  地点
Ｐ２２  地点
Ｐ１３  地点
Ｐ２１  地点
Ｐ１２  地点
Ｐ２３  地点
【図１】
0004503902.tif 000002
【図２】
0004503902.tif 000003
【図３】
0004503902.tif 000004
【図４】
0004503902.tif 000005
【図５】
0004503902.tif 000006
【図６】
0004503902.tif 000007