(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目盛板（１．２；６１．２；７１．２）並びにこれに対して少なくとも測定方向（ｘ）に移動可能な走査ユニット（２；６２；７２）を備えた光学的位置測定装置であって、
その際位置測定装置は、光源（２．１；６２．１；７２．１）、投影目盛（２４；４４；５４）、検出目盛、および複数の検出要素を有するか、
光源（２．１；６２．１；７２．１）、送り目盛、投影目盛（２４；４４；５４）、検出目盛、副尺目盛および複数の検出要素を有するか、
光源（２．１；６２．１；７２．１）、送り目盛、投影目盛（２４；４４；５４）、検出目盛、および複数の検出要素を有するか、
光源（２．１；６２．１；７２．１）、投影目盛（２４；４４；５４）、検出目盛、副尺目盛、および複数の検出要素を有するかし、
そして光源（２．１；６２．１；７２．１）の光は、投影目盛（２４；４４；５４）との相互作用において縞模様を検出目盛上に投影し、その結果検出要素を介して変位に依存する出力信号が検出可能であり、その際投影目盛（２４；４４；５４）は、偶数次の回折及び０次の回折の他に、（２ｎ＋１）次の回折（ここにｎ＝１、２、３、・・・）の少なくとも一部分が、抑制され、それによって実質的に±１次の回折のみが出力信号の発生に寄与し、そして投影目盛（２４；４４；５４）が、測定方向（ｘ）に交互に配設された周期的な振幅構造及び位相構造から成る、前記光学的位置測定装置。
【請求項２】
振幅構造及び位相構造が、それぞれ周期性ＴＰＡＳ、ＴＰＰＳを有し、即ち
ＴＰＡＳ＝１／２・ＴＰＰＳ
及び
ＴＰＡＳ＝１／η・ＴＰＤＡ
であり、その際
ηは、方程式
η＝１＋Ｄ２／Ｄ１
によって得られ、
ＴＰＤＡは、各検出目盛の直前の合成された縞模様の周期を表わし、上記周期は、
ＴＰＤＡ＝ＴＰＤＥＴ・Δ／（Δ±ＴＰＤＥＴ）によって得られ、
その際
Δ＝〔（Ｄ２＋Ｄ１）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）〕・（ＴＰＰＥ／（ｎ・ｍ±１）〕であり、その際
ＴＰＤＥＴ：＝使用された検出目盛の目盛周期
Ｄ１：＝送り目盛を備えた発散するシステムが存在する場合の送り目盛と投影目盛との距離
Ｄ２：＝投影目盛と検出目盛との距離
Ｄ３：＝検出目盛と検出平面との距離
ＴＰＰＥ：＝検出平面における検出器配列の周期性又は検出平面における副尺の目盛周期
ｎ＝１、２、・・・：検出器配列から供給されるべき位相のずれた信号部分の数ｍ＝０、１、２、３、・・・・である、請求項１に記載の光学的位置測定装置
【請求項３】
投影目盛（２４；４４；５４）が、偶数次の回折及び０次の回折の他に±３次の回折が抑制されるように形成されている、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項４】
検出目盛及び又は副尺目盛が、検出要素と共に、検出器配列の形の一体構成部分として形成されている、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項５】
ａ）投影目盛（２４）の位相構造が、目盛周期ＴＰＰＳで周期的に配設された位相構造部分領域から成り、位相構造部分領域の幅が１／２・ＴＰＰＳで、位相のずれた作用を伴ってかつ位相φ＝πであり、
ｂ）投影目盛（２４）の振幅構造が、ＴＰＡＳ＝１／２・ＴＰＰＳで周期的に配設された振幅構造部分領域から成り、その際そこに入射する光に対して振幅構造部分領域が不透過に形成されておりかつ測定方向において略１／３・ＴＰＡＳの幅を有する、請求項２又は３に記載の光学的位置測定装置。
【請求項６】
投影目盛（４４；５４）の不透過性の振幅構造部分領域に目盛基礎構造が配設されており、目盛基礎構造を介して強く偏向する作用がその上に入射する光束上にもたらされ、その結果この部分領域から検出要素上には光が達しない、請求項５に記載の光学的位置測定装置。
【請求項７】
要素が、光源（２．１）から出る光束がコリメータ（２．２）を介して透過目盛として形成された投影目盛（２４）上に達し、続いて反射目盛として形成された検出目盛（１．２）上に当たり、そして反射後検出目盛（１．２）から、検出器配列（２．９）に達するように、走査ユニット（２）に配設されている、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項８】
走査ユニット（２）における投影目盛（２４）が、走査板（２．３）上に配設されており、走査板は投影目盛（２４）に隣接して、更に透明な窓領域（２．５）を有し、窓領域を通って検出目盛（１．２９）から反射された光束が、検出器配列（２．９）の方向に達する、請求項７に記載の光学的位置測定装置。
【請求項９】
要素が、光源（６２．１）から出る光束が反射目盛として形成された送り目盛（６１．２）に達し、そこから反射が投影目盛（６４）の方向に行われかつ光束が、最後に投影目盛（６４）を通った後、検出器配列（６２．４）上に達するように、走査ユニット（６２）に配設されている、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１０】
要素が、光源（７２．１）から出る光束が透過目盛として形成された送り目盛（７２．９）を通り、続いて反射目盛として形成された投影目盛（７１．２）に達しかつ反射後投影目盛（７１．２）から、検出器配列（７２．４）上に達するように、走査ユニット（７２）に配設されている、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの互いに移動可能な対象物の精密な相対位置の決定のために好適な光学的位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知の位置測定装置は、目盛板としての走査される目盛構造並びにこれに対して測定方向に移動可能で、光源、１つ又は複数の他の目盛構造と検出装置とを備えた走査ユニットとを有する。位置に依存する走査信号の発生は、ここで興味のある位置測定装置における次に説明する基本原理をベースとする。１つ又は複数の第１目盛構造によってそのような位置測定装置で１つ又は複数の第２目盛構造によって走査信号の発生のために走査される微細な縞模様が発生する。最も簡単な場合、そのような位置測定装置では、第１目盛構造が少なくとも１つのコリメートされた光源によって照射されるいわゆる２格子−発信器が対象とされる。次の第２目盛構造上に光模様が生じ、その際第２目盛構造の目盛周期が光模様の目盛周期と一致する。両目盛構造の相対移動の場合に、第２目盛構造を通る光線の周期的な変調が生じる。第２目盛構造の後方に配置されたオプトエレクトロニック検出要素を介してこれらの変調された光束が検出される。前記の例で説明したように、第１及び第２目盛構造の機能的作用に基づいて、第１目盛構造を次に投影目盛と称する。これに対して第２目盛構造は検出目盛と称する。
【０００３】
位相のずれた複数の走査信号の発生のために、そのような位置測定装置において、度々検出目盛及び投影目盛の目盛周期を互いに僅かに相違するように選択することが行われる。この場合検出目盛から検出目盛の目盛線に対して平行に向けられた縞模様が現れる。現れた縞模様の目盛周期は、更に検出目盛上の縞模様よりも明らかに大きな目盛周期を有する。そのように現れた縞模様と関連して、次にいわゆるモアレ縞のことを述べる。選択的に投影目盛と検出目盛を互いに僅かに捩じることも可能である。目盛線は、前述の場合のように互いに平行には整列されないで、むしろ互いに特定された小さい角度を有する。同様に明らかに大きな目盛周期が生ずるが、その縞は、検出目盛の縞に対して垂直に向けられている。この場合はいわゆるモアレ縞模様と言う。両場合、即ち副尺縞模様の発生の際もモアレ縞の発生の際も、他の目盛構造によってその都度生じる縞模様の固有の走査が行われる。次にこれらの目盛構造は簡単のために副尺目盛と称し、その際この称呼は、勿論モアレ縞の発生の場合を排除すべきではない。その際副尺目盛は基本的に発生した副尺縞又はモアレ縞と同様な目盛周期及び目盛方向を有する。
【０００４】
副尺目盛と関連して、更に副尺目盛を複数の検出要素と共に一体の構成部分として構成することも既に公知であり、この構成部分は、最終的に発生した副尺縞又はモアレ縞の走査のため及び位相のずれた走査信号の発生のために使用される。
【０００５】
一方はこれまでに論じた位置測定装置はそれぞれ１つのコリメータ光学系を有するが、そのようなコリメータ光学系なしに作動するシステムも公知である。このために「格子結像の解析及びその偏倚度量衡学への応用」という題名のＲ．Ｐｅｔｔｉｇｒｅｗの公開物〔ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３６  第１、Ｅｕｒｏｐｐｅａｎ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｏ  Ｍｅｔｒｏｌｕｇｙ（１９７７）〕の３２５〜３３２頁を参照されたい。そのような位置測定装置においては光源と投影目盛との間に以下送り目盛と称する他の目盛構造が配設されている。送り目盛の各透過隙間又は部分領域から投影目盛によって検出目盛上に周期的縞模様を発生する光束が生じる。送り目盛の目盛周期は、この際相異なる隙間から生じる縞模様が検出目盛上に増幅して重ねられるように選択される。そのように、空間的に広がった光源、例えばＬＥＤが、この位置測定装置に使用される。
【０００６】
綜合して考察すれば、上記の議論した位置測定装置は、少なくとも１つの投影目盛と検出目盛とを有する。更に選択的に送り目盛及び又は副尺目盛が設けられることができ、これらは、それぞれ上記に議論した機能を担う。測定尺又は目盛板としてこれらの位置測定装置に基本的に送り目盛、投影目盛又は検出目盛が使用されることができる。送り目盛並びに副尺目盛は、一般に振幅目盛構造として形成されている。これに対して投影目盛及び又は検出目盛は、位相目盛構造としても形成されることができる。
【０００７】
走査距離の変更の際の取扱がそのように構成された位置測定装置において、基本的に大きな重要性を有する。これは一般に互いに移動する目盛の間の距離によって特定される。場合によっては、存在する機械的な不許容性は、多かれ少なかれ測定運転中の走査距離の大きな変動に繋がり得る。しかし走査距離のそのような変動の位置に依存する出力信号のできる限り僅かな影響が望ましい。
【０００８】
上記の位置測定装置では、前提として各走査距離の検出器側で検出された信号品質の比較的大きな依存性が存在する。図９中において簡単のために走査距離に対する検出平面における２−格子発信器の合成格子像コントラストのこれらの問題が記載されている。この際位相φ＝πとウエブ−隙間比率１：１の位相目盛構造として形成された投影目盛が使用される。図９から、コントラスト最大の間にコントラストの低い走査信号が検出可能な強いコントラストのブリッジが得られることが明らかである。このことは、更に場合によっては不所望な変動する走査距離の場合に信号変調において明らかな損失が生ずることを意味する。信号品質のその都度の走査距離との強い依存性に基づいて、各全システムの機械的補償、例えば案内精度等の高い要求が生じる。
【０００９】
米国特許第５６４６７３０号明細書から、前記走査距離−感度の小さい位置測定装置が公知である。提案された位置測定装置は、照明される透過測定目盛を有し、この測定目盛は、純粋な位相構造として形成されておりかつ上記の専門用語によれば投影目盛として機能する。０次の回折の他に投影目盛によって偶数次の回折も抑制される。±１次の回折みが干渉する投影目盛の後方の領域に、位相差に依存して変調される干渉縞の検出のための検出器配列が配置されている。その際検出器配列は、個々に周期的に配設された複数の検出要素から成る。上記の専門用語において、この場合に検出器配列と共に又は複数の検出要素と共に形成された検出目盛を対象とする。他の実施形態において、この刊行物中に、追加的により偶数ではない高い次数の回折を抑制する複雑な位相構造として投影目盛を形成することが提案されており、それによって走査距離の走査信号の幾分大きな不敏感性が作用される。意図した距離不敏感性は、ここに提案された解決では条件付でのみ与えられる。そのように全ての低い次数の回折の抑制にもかかわらず、純粋の位相構造は、互いに干渉し得かつそのように不所望な走査距離の原因と成り得る著しく高い次数の回折対も供給される。例えばそのように形成された投影目盛の直後に生じる強度変調が観察されることを示す。
【００１０】
更に相応した位相目盛の微細構造は、必要でありかつ従って大きな目盛周期を有するシステムでのみ使用可能であり、しかしそのようなシステムにおいては更に距離依存性が基本的に危険性が少ない。
【００１１】
この位置測定装置で目盛板が複雑な位相構造として形成されることは不利と見なされる。このことは、特に位相構造が例えば図３４に開示されているように、全測定長さに渡ってリニアー測定システムの場合に製造されなければならない場合に、比較的大きな製造コストに繋がる。更に投影目盛の比較的小さい照明される領域のみが、位置に依存した走査信号の発生のために使用され、それによって更にシステムの高い汚れ不敏感性が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、走査距離の変動に対する位置に依存した走査信号の発生の際の明らかに増大した公差が存在する光学的位置測定装置を提供することである。場合によっては変形する走査距離でも互いに移動する目盛の相対移動の際に充分に一定の信号変調が要求される。特にできる限り簡単に製造されるべき目盛構造が使用されるべきである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１の特徴を有する光学的位置測定装置によって解決される。
【００１４】
本発明による光学的位置測定装置の有利な実施形態は、従属請求項に記載された措置から得られる。
【００１５】
本発明によれば、特定された目盛構造が特定の条件を充足する限り、上記の議論された位置測定装置における比較的簡単に製造される目盛構造も上記課題の解決のために使用されることができることが認識された。本発明によれば、測定方向に配設されており、特定された条件を充足する測定方向に交互に配設された二成分の位相構造及び振幅構造が形成される。
【００１６】
そのような目盛構造は、米国特許第４６１８２１４号明細書から既に基本的には公知である。しかしこの刊行物からそのような目盛構造が特別の位置測定装置に使用され得ることが示唆される。従って目盛構造が投影目盛において光学的位置測定装置の特定された走査装置における投影目盛として機能する場合、そのように形成された目盛構造のための具体的な寸法措置が把握されることが同様に少ない。
【００１７】
走査機能によれば、上記投影目盛は、相異なる個所で走査光路に配設されることができ、即ち一括して小さい走査距離感度に関する上記利点を有する本発明の領域における可能な走査構成列が生じる。勿論その際リニアー走査装置が回転式の変形と同様に本発明によって形成されることができる。
【００１８】
本発明による装置の有利な実施形態において、各投影目盛は、偶数次の回折の他に少なくとも±３次の回折が抑制されるように形成される。既にそのような措置は、高い次数の回折が信号品質にマイナスの影響を与えることなしに、走査距離感度の著しい低下が得られる。
【００１９】
本発明の他の利点並びに詳細は、複数の実施例の次の記載から図面に基づいて得られる。
【００２０】
【実施例】
照明システムとして形成された本発明による位置測定装置の第１実施形態を図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に基づいて記載する。この際図１（ａ）は、走査光路の図式的形態、一方図１（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）は、位置測定装置の走査板、測定尺並びに検出装置の平面図を示す。
【００２１】
本発明による位置測定装置の第１実施形態は、測定尺１並びに測定方向ｘにおいて互いに相対的に移動可能な走査ユニット２を有し、その際測定方向ｘは、図平面に対して垂直に向けられている。測定尺１及び走査ユニット２は、互いに距離ｄＡ  に配設されている。この変形において、図示の位置測定装置は、走査ユニット２と測定尺１との間のｘ軸線に沿うリニアー相対移動の検出のために役立ち、例えばこの位置測定装置は、工具と工作物との相対位置を高精度で検出するために、数値制御された工作機械に使用されることができる。
【００２２】
測定尺１の面上には目盛板１．２として、公知の形式及び方法で形成されたインクリメンタル目盛トラックが支持体１．１上に配設されている。位相差に依存するインクリメンタル信号の発生のために測定尺１．２の傍らに、図示の実施例においては、更に参照マーク１．３が測定尺１の支持体１．１上に設けられている。参照マーク１．３によって若しくは相応した参照パルス信号の発生を介して測定運転中に公知の形式及び方法で位置測定における絶対的基準が作られる。
【００２３】
目盛板１．２も参照マーク１．３も、相異なる光学的反射特性、例えば高反射部分領域及び反射しない部分領域を有する測定方向ｘに交番する部分領域の連続から成る。インクリメンタル目盛板１．２の目盛周期は、ＴＰＭ  で表され、ＴＰＭ  は、測定方向ｘにおける高反射部分領域及び反射しない部分領域の幅の総和によって特定されている。
【００２４】
参照マーク１．３は、公知の形式及び方法で相異なる反射特性の部分領域の非周期的な目盛から成り、勿論例えば距離のコード化された参照マーク等のように、測定区間に沿ってそのような複数の参照マーク１．３が目盛板１．２に隣接した特定された位置に設けられることもできる。
【００２５】
図示の位置測定装置の走査ユニット２は、光源２．１、コリメータ光学系２．２、走査板２．３並びに検出ユニット２．８を有する。走査板２．３には、２つの窓領域２．４、２．６が目盛構造を備え、一方他の２つの窓領域２．５、２．７は、透明であり、即ち目盛構造なしに形成されている。常に対の窓領域２．４、２．５が位相差に依存するインクリメンタル信号の発生のための位置測定装置の他の構成要素と関連して使用され、一方第２の対の窓領域２．６、２．７は、１つ又は複数の参照パルス信号の発生のために使用される。検出ユニット２．８の面上には、インクリメンタル信号の検出のための第１の検出器装置２．９が設けられており、その傍らに参照パルス信号の検出のための第２の検出装置２．１０がある。
【００２６】
次に図示の位置測定装置の内方のインクリメンタル信号の発生のための走査光路を説明する。参照パルス信号の発生のための光路についてはここでは詳しく説明しない。小さい射出面を備え光源２．１、例えば光線の強い赤外線−ＬＥＤがコリメータ光学系２．２から平行に向けられかつ走査板２．３の窓領域２．４において目盛構造を通る。走査板２．３の窓領域２．４における目盛構造では、本発明の場合透過目盛として形成された本発明の位置測定装置が対象とされる。投影目盛の本発明による構成については次の記載において詳しく説明する。続いて投影目盛を通って窓領域２．４に現れる光束は、この例で測定尺１の反射目盛として形成された測定尺１の面上の目盛板１．２上に現れる。目盛板１．２は、本発明による位置測定装置のこの実施形態において上記の説明の意味で検出目盛として機能する。投影目盛及び検出目盛は、更に僅かに相違する目盛周期を有し、その結果検出目盛若しくは目盛板での周期的な反射後上記説明のように、周期的な副尺縞模様が生じる。目盛板１．２若しくは検出目盛から光束が走査板２．３の透明な窓領域２．５の方向に反射される。透明な窓領域２．５を通った後、光束は、検出ユニット２．８の検出装置２．９に達する。検出装置２．９は、副尺縞模様の検出のため及び位相差に依存するインクリメンタル信号の発生のために使用される。検出装置２．９は、これに対して個々の狭く、矩形状の多数の検出要素２．９Ａ、２．９Ｂ、２．９Ｃ、２．９Ｄから成り、これらの要素は測定方向ｘに互いに隣接して配設されている。ｎ＝４の検出要素２．９Ａ、２．９Ｂ、２．９Ｃ、２．９Ｄに従って、この実施形態においては構成された検出装置の周期ＴＰＰＥの内方に配設されている。周期ＴＰＰＥは、この実施形態では副尺目盛の目盛周期に相応する。それぞれ副尺縞模様の走査の際に位相の等しいインクリメンタル走査信号ＩＮＣＡ、ＩＮＣＢ、ＩＮＣＣ、ＩＮＣＤを供給する検出要素２．９Ａ、２．９Ｂ、２．９Ｃ、２．９Ｄは、記載のように互いに伝導的に接続されており、即ち図示の実施例においてはそれによって符号２．９Ａを備えた全ての検出要素が互いに接続している。同様に符号２．９Ｂを備えた検出要素が互いに接続している。そのように発生する走査信号ＩＮＣＡ、ＩＮＣＢ、ＩＮＣＣ、ＩＮＣＤは、互いに９０°の位相差を有する。走査信号ＩＮＣＡ、ＩＮＣＢ、ＩＮＣＣ、ＩＮＣＤ  から公知の形式及び方法で差増幅器によって９０°位相差のある２つの直流部分を含まないインクリメンタル信号が発生されかつ例えば図示しない評価装置によってさらに処理される。
【００２７】
図２（ｂ）に表す参照パルス信号の発生のための検出装置２．１０は、同様に測定方向ｘに順次配設されている多数の個々の検出要素２．１０Ｔ、２．１０ＧＴから成る。この際各第２の検出要素２．１０Ｔ、２．１０ＧＴは、互いに接続され、その結果互いに接続されて公知の形式及び方法で参照パルス信号を供給する両出力信号ＺＴ及びＺＧＴが得られる。参照パルス信号発生のための他の詳細については、この関連において米国特許出願第１９９３６１８１．９号明細書が参照される。
【００２８】
次に図３（ａ）及び３（ｂ）に基づいて、位置測定装置の第１実施例において図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）中で走査板２．３の窓領域２．４に使用されるように、好適な投影目盛２４の第１の好適な実施形態を説明する。そのような投影目盛２．４の使用は、本発明による位置測定装置が測定尺１と走査ユニット２との間の走査距離ｄＡにの変動について明らかに大きな公差を有することが確保される。
【００２９】
図３（ａ）は、この変形において透過目盛として形成された投影目盛２．４の部分の平面図であり、一方図３（ｂ）には、図３（ａ）に記載された切断線による投影目盛２４の断面図が表されている。この実施例の投影目盛２４は、透明な支持体基体２４．１、例えばガラスの上面に配設された目盛構造から成る。固有の目盛構造は、更に測定方向ｘに交互に配設された、周期的な振幅構造及び位相構造を有する。この際振幅構造は、クロムから成る周期的に配設された不透明なウエブ２４．２によって形成されている。これに対して周期的な位相構造は、同様に周期的に配設されているウエブ２４．３から成り、ウエブは、透過光に位相差のある作用を有する。位相差を有するウエブ２４．３用の材料としてＴｉＯ２、ＳｉＯ２又は他の透明なゾル−ゲル層が好適である。ウエブ２４．３で得られる位相φは、φ＝πに選択される。
【００３０】
そのように形成された投影目盛２４の製造のために位相構造のウエブ２４．３を図３（ｂ）に表されたウエブよりも広く選択することを有利であり、その結果ウエブ縁は振幅構造の不透過ウエブ２４．２の上又は下の略中央に位置する。
【００３１】
本発明による位置測定装置における投影目盛２４の有利な作用にとって、投影目盛２４の位相構造及び振幅構造の目盛周期若しくは周期性の選択が決定的なことである。ＴＰＡＳによって次に不透過ウエブ２４．２の振幅構造若しくは周期性の目盛周期が表される。これに対してＴＰｐｓは、周期的位相構造の位相のずれたウエブ２４．３の目盛周期を与える。本発明によれば、目盛周期ＴＰＡＳ、ＴＰＰＳは、次の公式（１）及び（２）によって選択される。
ＴＰＡＳ＝１／２・ＴＰＰＳ    （方程式１）
ＴＰＡＳ＝１／η・ＴＰｄＡ    （方程式２）
方程式（２）におけるパラメータηは、コリメータ光学系なしの拡散照明の場合にのみη＝１とは異なるように選択される発散条件づけされた拡大フアクタを表す。コリメータ光学系を有するシステムが記載された図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）の実施例において、η＝１に選択される。基本的にηは、範囲（１；＋∞）に位置する。一般に拡大ファクタηは次の方程式（２′）によって与えられる。
【００３２】
η＝１＋Ｄ２／Ｄ１    （  ２′）
この際値Ｄ２及びＤ１は、次に図３によって詳しく説明するように、走査光路における特定の目盛の間の距離を表す。
【００３３】
方程式（２）に更に使用される値ＴＰＤＡは、各検出目盛の直前の合成された縞模様の周期を具体的に表す。ＴＰＤＡは、一般的な場合に次の方程式（３）及び（３′）によって得られる。
【００３４】
ＴＰｄＡ＝（ＴＰＤＥＴ×Δ）／Δ±ＴＰＤＥＴ）    （方程式３）
その際
Δ＝〔（Ｄ１＋Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）×（ＴＰｐｓ／（ｎ×ｍ±１）〕
（方程式３′）
方程式（２′）、（３）、（３′）における相異なる値の説明のために、図４が参照され、図４は、関連する幾何学的パラメータを備えた位置測定装置の引き延ばされた構造を示す。パラメータは上記の議論された場合に（任意の）送り目盛ＳＴ、投影目盛ＰＴ、検出目盛ＤＴ並びに（任意の）副尺及び後続の検出要素から成る。図３に表された変形において、副尺目盛及び検出要素は、検出平面ＤＥにおける既に述べた構成の検出装置の形の一体構成部分として形成されている。
【００３５】
両公式（３）、（３′）における相異なるパラメータは、この際次に定義される。
ＴＰＤＥＴ＝使用された検出目盛の目盛周期
Ｄ１：＝送り目盛を備えた換算するシステムが存在する限り、送り目盛−投影目盛の距離
Ｄ２：＝投影目盛−検出目盛の距離
Ｄ３：＝検出目盛−検出平面の距離
ＴＰＰＥ＝検出平面における検出装置の周期性若しくは検出平面における副尺目盛の目盛周期
ｎ＝１、２、・・：検出器配列によって供給されるべき位相のずれた信号部分の数
上記方程式は、コリメータ照明の場合も、拡散照明を備えた本発明による位置測定装置が形成される場合をも記載する。コリメータ照明の場合に、上記の説明のように送り目盛は必要なく、即ちＤ１は∞である。副尺なしの拡散した照明では、方程式（３）若しくは（３′）においてＤ３  ＝０及びＴＰＤＥＴ  ＝∞に選択される。検出目盛の機能はこの場合に直接検出器配列が担う。
【００３６】
更に図３（ａ）及び図３（ｂ）に表された投影目盛２４によって、０次の回折及び偶数次の回折の他に±３次の回折も抑制されることが保証される。このことは、振幅構造の透過領域及び不透過領域の好適な幅の選択によって及び位相のずれた部分領域の光学的作用によって確保される。振幅構造において目盛周期ＴＰＡＳの内方に、ｂＳ＝１／３ＴＰＡＳの不透過ウエブ２４．２の幅ｂＳが選択され、即ち振幅構造の透過溝領域の幅ｂＬ  は、ｂＬ＝２／３ＴＰＡＳになる。振幅構造の各第２の透過溝領域には、位相φの位相のずれた部分領域２４．３が配設されている。種々の幅に対する上記の値は、スカラー計算により求められる。
【００３７】
遂に上記のように、特に目盛周期２４の本発明による構成に基づいて、走査距離ｄＡの場合によっては生じる変動に対する明らかに大きな公差が与えられる。図９に比較して走査距離ｄＡの比較的大きな領域に亘って等しい格子像コントラスト従って等しい走査信号品質が得られる。
【００３８】
次に位置測定装置の第１実施例及び説明された投影目盛をベースとして本発明の具体的な実施例を説明する。
【００３９】
Ｄ１→∞；Ｄ２＝０．８ｍｍ；Ｄ３＝３ｍｍ
ＴＰＤＥＴ＝２０μｍ；ＴＰＰＳ＝３９．０２４μｍ；ＴＰＡＳ＝１９．５２１２μｍ、
Δ＝８００μｍ；ＴＰＤＡ＝１９．５１２μｍ；ＴＰｐＥ＝８００μｍ
ｎ＝４；ｍ＝０
好適な投影目盛のための他の好適な実施形態は、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。これらの変形は原理的に説明した図３（ａ）、図３（ｂ）の第１実施例を基礎としている。
【００４０】
第１実施例とは異なり、次の両変形においては、そこで完全に不透過に形成された投影目盛のそのような部分領域２４．２のみを示す。
【００４１】
図５（ａ）、５（ｂ）の第２実施例が設けられ、支持体基板４４．１上に配設された部分領域は、測定方向ｘに対して垂直に強い偏向作用を有する回折を生じさせる横断目盛構造を備える。この目盛基体は、結局第１実施例の不透過部分領域と同様に、これらの領域に検出要素の方向の光は達しないように作用する。このために測定方向ｘに対して横断方向にこの部分領域４４．２に相応した回折構造が設けられる。さもなければ、このために投影目盛４４の変形について、同様に上記の寸法規定が通用する。周期的に配設された位相構造の部分領域４４．３は、上記のように形成されている。
【００４２】
第２の例に類似して、図６（ａ）及び（ｂ）に相異なる正面で示された好適な投影目盛５４の第３の実施例が形成されている。前記変形とは相違して、領域５４．２に投影目盛の基本目盛構造に対して平行に配設された目盛構造が設けられている。この目盛基体は、同様にこの部分領域５４．２からの光の著しい偏向を作用し、その結果結局光がこの部分領域５４．２から検出要素上に達することが回避される。支持体基体５４．１上の位相構造の部分領域５４．３の形成は、上記の実施例に相応する。
【００４３】
好適な投影目盛の最後に説明した両実施例において、図３（ａ）、（ｂ）の第１実施例の振幅構造の不透過部分領域は、好適な目盛−基体を備える。これらは、強い偏向に基づいてそれぞれ第１の例の不透過部分領域と同様に、光がこの領域から検出要素の方向には達しないように作用する。従ってこれらの部分領域は、第１実施例の振幅構造を備えたものと等価と見做される。
【００４４】
結局本発明による光学的位置測定装置の２つの他の実施変形を図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）の第１実施形態に比して変調された走査構成を表す図７（ａ）、（ｂ）及び図８に基づいて説明する。
【００４５】
図７（ａ）には、本発明による位置測定装置の第２実施形態の基本構造が表されており、これは同様に測定尺６１と測定方向ｘに移動可能な走査ユニット６２を有する。測定尺６１の側には、更に支持体６１．１上に公知の形式及び方法で好適な周期的な目盛板６２．１が配設されている。走査ユニット６２の側には光源６２．１、その上に配設されている投影目盛６４を備えた走査板６２．３、構造された検出器配列６２．４を備えた検出ユニット６２．８並びに絞り要素６２．１０が設けられている。
【００４６】
光源６２．１から射出される光束は、先ず−前方のコリメーションなしに−この領域において光学的に有効ではない走査板６２．３によって測定尺６１の反射する目盛板６１．２上に達する。目盛板６１．２は、冒頭に説明した意味で拡散する照明を有するシステムにおける送り目盛として作用し、送り目盛は反射目盛として形成されている。拡散する照明に基づいて走査ユニット６２上に光源６２．１と検出ユニット６２．８との間の絞り要素６２．１０が配設されており、絞り要素は、光源６２．１から射出された光線が検出器配列６２．４上に達することを阻止する。目盛板６１．２からその上に表される光束の反射が走査板６２．３上に配設された投影目盛６４の方向に行われる。投影目盛６４は、更に図３（ａ）、（ｂ）に説明した実施形態のように形成されており、その結果生じた格子像コントラストの要求される走査距離との独立性は、確保される。そのように発生した周期的な縞模様は、結局検出ユニット６２．８の検出器配列６２．４上に達する。既に冒頭に述べたように、検出目盛は、検出要素と関連して、検出器目盛が図７（ｂ）に示すように、いわゆる検出器配列６２．４によって形成されるように形成されている。検出要素及び検出器配列は、この際一体の構成として形成されている。検出器配列６２．４は、測定方向ｘに隣接してかつ周期的に配設された多数の個々の検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄを有する。発生した縞模様の走査の際に位相の等しい出力信号を供給する検出要素は、更に互いに接続され、その結果最終的に４つの９０°位相のずれた出力信号であって、続いて公知の形式及び方法で処理可能である信号がＩＮＣＡ、ＩＮＣＢ、ＩＮＣＣ、ＩＮＣＤが得られる。
【００４７】
第１実施例とは異なり、検出平面に本質的に微細な縞システムが現れる。その理由は、上記の説明のように、微細な縞システムから本質的に大きな副尺縞模様が発生することにある。そのような微細な縞システムの検出は、一般に検出器配列６２．４の側に特定された措置が要求される、そのわけは隣接した検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄの間の重畳配列に基づいて個々の検出要素は任意ではなく密接して配設されることができるからである。この理由から、測定方向ｘにおける隣接した検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄの距離は、縞の周期の半分よりも大きく選択される。このことは、パラメータｍが：ｍ＞０として選択されることを意味する。更に検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄの幅は、各縞周期よりも小さく選択される。検出器配列６２．４上に蒸着されかつ個々の検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄの領域に開口を有する光不透過性の金属層は、検出要素６２．４Ａ、６２．４Ｂ、６２．４Ｃ、６２．４Ｄの間の不所望な光入射を阻止する。
【００４８】
第３の実施例は、結局図８に基づいて説明され、その際この変形は前に説明した変形とは走査光路を考慮して相違する。測定尺７１及び走査ユニット７２は、この例において記載の測定方向ｘにおいて互いに移動可能に配設されている、測定方向は図平面に対して垂直に向けられている。測定尺７１は、測定方向ｘにおいて周期的な目盛板７１．２上に配設された支持体７１．１から成る。走査ユニット７２の側でプレート７２．０上に光源７２．１と、検出器配列７２．４を備えた検出ユニット７２．８が設けられている。更に走査ユニット７２は、その上に配設された送り目盛７２．９を備えた走査板７２．３を有し、その際プレート７２．０の走査板７２．３は、走査ユニット７２に設けられている。
【００４９】
光源７２．１から射出される光束は、先ず−同様に再び前方のコリメータ光学系なしに−走査板７２．３上の透過目盛として形成された送り目盛７２．３を通り、目盛板は、この例では投影目盛として作用する。投影目盛は、この実施形態において反射目盛として形成されており、その際投影目盛若しくは目盛板７１．２は、基本的に図３（ａ）、（ｂ）の例で記載されたように形成されており、その結果必要な走査距離との独立性が得られる。透過目盛の場合における不透明なウエブの代わりに、振幅構造が低い反射及び又は光を強く散乱する又は光を絞る特性を有するウエブから成る。位相構造の位相のずれた作用は、公知の方法で相異なる高さの反射面によって公知の方法で発生される。選択的に位相のずれた、透明なウエブも反射鏡層上に塗布される。
【００５０】
目盛板７１．２若しくは投影目盛によって反射される光束は、次に検出装置として形成されて検出器配列上に到達する前に、走査板７２．３の透明な領域を通る。即ち一体の構成部分における必要な検出目盛と検出器平面とは、図２（ｂ）による実施例のように、一体的に検出配列７２．４として形成されることである。
【００５１】
前記第２実施変形とは異なり、距離Ｄ１及びＤ２が走査距離の場合によっては偏向の際でも等しくかつそれによって方程式（２′）によれば、拡大ファクタηが一定である。更に距離Ｄ３＝０（近似的）であるので、個々の目盛周期は確定的にかつ走査距離とは無関係に選択されることができる。こうして有利な方法で特に大きな組立て公差が得られる。
【００５２】
上記に説明した本発明による位置測定装置の他に、本発明の領域において、本発明による光学的位置測定装置が存在する。例えば半導体レーザのような、例えば拡張され、拡散して射出する光源及び送り目盛の組合せの代わりに、送り目盛なしに点状に拡散する射出光源、送り目盛なしに例えば半導体レーザが使用されるような点状、拡散状光源も、使用されることができる。この場合に、大きさＤ１は、点状の光源と投影目盛との間に投影目盛の半導体の他の好適なバリエーションを表す。この場合Ｄ１は、点状の光源と投影目盛との間の距離の大きさＤ１と表す。本発明による発明の他の好適な変形は勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による位置測定装置の第１実施例を示し、（ａ）は、その正面図、そして（ｂ）はその部分正面図である。
【図２】  図２は、本発明による位置測定装置の第１実施例を示し、（ａ）は、その目盛板と参照マークを表す図、そして（ｂ）は、検出ユニットを表す図である。
【図３】  図３は、本発明による位置測定装置用の第１の好適な投影目盛の部分図を示し、（ａ）はその正面図、そして（ｂ）はその側面図である。
【図４】  図４は、本発明による位置測定装置の実施例の特定された幾何学的大きさを説明するための拡大図である。
【図５】  図５は、本発明による位置測定装置用の第２の好適な投影目盛の部分図であり、（ａ）は、その正面図、そして（ｂ）はその側面図である。
【図６】  図６は、本発明による位置測定装置のための第３の好適な投影目盛の部分図であり、（ａ）は、その正面図、そして（ｂ）は、その側面図である。
【図７】  図７は、本発明による位置測定装置の第２実施例を示し、（ａ）は、その正面図、そして（ｂ）は、その検出器配列を示す図である。
【図８】  図８は、本発明による位置測定装置の第３実施例の正面図である。
【図９】  図９は、本発明により構成された位置測定装置における格子像コントラストの走査距離との関連を表す図である。
【図１０】  図１０は、技術水準によるシステムにおける格子像コントラストの走査距離との関連を表す図である。
【符号の説明】
１．２    目盛板
２    走査ユニット
２．１    光源
２４    投影目盛
４４    投影目盛
５４    投影目盛
６１．２    目盛板
６２    走査ユニット
６２．１    光源
７１．２    目盛板
７２    走査ユニット
７２．１    光源
ｘ    測定方向
【図１】
0004503799.tif 000002
【図２】
0004503799.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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