JP4746297B2 - 光学式位置測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、高調波を含まない走査信号を生成する光学式位置測定装置に関する。

周知の光学ベースのインクリメンタル位置測定装置においては、通常周期的な基準尺目盛を持つ基準尺が、同様に周期的な走査目盛を用いて走査される。走査目盛は、例えば光源や検出器配列などの他の部品と一緒に、基準尺に対して少なくとも測定方向に動く走査ユニットに配置されている。理想的な場合、正確に正弦波形状の走査信号が生成されて、その信号は、後続の好適な電気回路において、周知の補間方法を用いて更に処理するか、あるいは更に分けることができる。しかし、検出された走査信号の実際に得られる形状は、通常理想的な正弦波形状から多少ともずれたものである。これに関しては、例えば、基準尺側および／または走査側における目盛周期の理想的な比率からのずれ、目盛標示の輪郭の不鮮明さなど、様々な原因が影響しているものと考えられる。このため、実際に得られた走査信号は、現実には、特に補間の形での更なる信号処理を損なう可能性のある高調波を含んでいる。そのため、基本的には、走査信号の高調波成分を出来る限り最小限にするように努める。

従来の技術においては、既に高調波をフィルタリングするための多くの試みが知られている。この関係については、例えば、特許文献１または特許文献２により周知の高調波をフィルタリングする措置を参照されたい。これらの文献では、特に妨害を与える三次と五次の高調波を除去するために、走査板上における走査目盛の目盛標示を、目盛標示の各等間隔の公称位置から所定の偏位間隔を設けて配置することを提案している。この所要の偏位間隔は、常にそれぞれ除去しようとしている高調波と関連して得られるものである。

そこで、このフィルタリング原理にもとづき、走査信号から、例えば二つの支配的な高調波、例えば三次と五次の高調波を除去しようとする場合、特許文献１では、図４により、走査板上で、個々の目盛標示間と目盛標示グループ間のどちらにおいても、所要の偏位間隔を設けることを提案している。従って、この測定装置では、走査板上の目盛標示は、本来の公称位置からの二つの規定の偏位間隔を持つこととなる。

しかし、所定のインクリメンタル走査のためには、特に、想定しているバーニャ走査の場合には、このフィルタリング原理をもはや使用することはできない。以下において、走査原理は、基準尺目盛と走査目盛が僅かに異なる目盛周期を有し、その結果検出面では、光源から放射された光束の両方の目盛との相互作用にもとづき、一定の縞模様周期Ｐを有する、空間的な周期性を持つバーニャ縞模様を生じさせるものであるとみなす。この場合、この縞模様周期Ｐは、一般的に基準尺目盛および走査目盛の目盛周期ＴＰ_M ，ＴＰ_A より明らかに大きい。そこで、このような位置測定装置においては、三次と五次の高調波を除去するために、前述した特許文献１の図４にもとづくフィルタリング原理を採用した場合、そのことによって、基準尺目盛と走査目盛間における走査に必要な固定した位相関係への妨害が起こることとなる。正しい位相のバーニャ縞模様を発生させることは、もはや不可能となる。

この問題は、例えば、前述した特許文献２の図４に開示されているとおり、基本的に、フィルターの変化形態により回避することができる。そこでは、走査板上の走査目盛を、測定方向に垂直な向きに対して、すなわち目盛標示の長手方向に対して、複数の部分トラックに分解することを提案している。従って、この変化形態においては、フィルタリングに必要な偏位間隔は、上述したような測定方向ではなく、目盛標示の長手方向に設定されている。このようなフィルタリングに対して、基本的にバーニャ走査は可能である。しかし、これに関して、場合によっては、測定動作時または組み立て時に、基準尺および走査ユニットの基準尺に垂直な軸の周りの回転が起こることから、その走査または高調波フィルタリングへの影響度が問題となる。以下においては、このような回転も、モアレ回転と称する。
ドイツ特許第１９５０８７００号明細書 米国特許第５，０６８，５３０号明細書

この発明の課題は、バーニャ原理にもとづく光学式位置測定装置に対して、高調波をフィルタリングする手段を提供することである。走査信号から、最も妨害を与える高調波を大幅に除去することの他に、基準尺および走査ユニットの基準尺に垂直な軸の周りの回転に対して、高調波フィルタリングを含む信号生成の耐性を出来る限り大きくすることを目標とするものである。

この課題は、請求項１の特徴を持つ光学式位置測定装置により解決される。

この発明による光学式位置測定装置の有利な実施構成は、請求項１の従属請求項で挙げられた措置により明らかとなるものである。

この発明では、光学式位置測定装置において、高調波フィルタリングのために使用する目盛を、測定方向に垂直な向きに対して、二つ以上の部分トラックに分割するとともに、これらの異なる部分トラックに、高調波フィルタリングに必要な偏位間隔を持たせている。従って、各部分トラックにおいては、各目盛標示は、本来の公称位置からの規定の偏位間隔を持ち、その際隣接する部分トラックの偏位間隔は異なり、その結果これらの選定された偏位間隔により、走査信号からの望ましくない高調波成分の所望のフィルタリングが実現される。この場合、基本的には、基準尺目盛と走査目盛のどちらも、この発明にもとづき構成するとともに、相応のフィルター機能を果たすことができる。

この発明にもとづくフィルタリングの変化形態は、バーニャ走査において、特に場合によっては起こり得る走査ユニットの基準尺に垂直な軸の周りの基準尺に対する回転に関して、望ましくない高調波成分を除去するのに特に有利であることが分かる。組み立て時あるいは測定動作時に、このような調整不良があった場合においても、この発明にもとづく措置により、引き続き所望のフィルタ効果が得られる。

有利には、三次と五次の高調波を除去するための部分偏位間隔を決定し、これらを組み合わせて、各部分トラックに対する好適な結果を生じさせる偏位間隔とする。

この発明の別の利点ならびに詳細は、添付図面にもとづく、この発明による位置測定装置の実施例に関する以下における記述から明らかとなる。

図１の模式図により、この発明にもとづく光学式位置測定装置の第一変化形態の基本的な走査光路を説明する。この例では、光学式位置測定装置は、透過光で動作するリニア式位置測定装置として構成されている。基本的に、この位置測定装置は、基準尺１０、ならびにこの基準尺１０に対して、測定方向ｘに動く走査ユニット２０を有する。この場合、測定方向ｘは、図面の平面に対して垂直の方向を向いている。

基準尺１０と走査ユニット２０は、例えば数値制御工作機械に、測定方向ｘに互いに相対的に動く形で配置して、二つの互いに動く物体、例えば工具と加工物の相対位置を検出することができる。そしてまた、得られた位置測定装置の走査信号から生成可能な位置情報は、工作機械の数値制御部により、周知の方法で、更に制御・調整目的に利用することができる。

図示した例では、基準尺１０は、例えばガラスから成る、透明な目盛支持体を有し、この支持体上には、測定方向ｘに延びる形で、基準尺目盛１０．１が配置されている。基準尺目盛１０．１は、基準尺目盛標示の展開方向に対する周期的な構造から構成されている。これらの基準尺目盛標示は、目盛支持体上において、光を通さない細い線として構成され、それらの線の間には、光を通す部分領域が配置されている。基準尺目盛標示の周期は、以下において、基準尺目盛周期ＴＰ_M と称する。この発明による位置測定装置の実現可能な実施形態においては、ＴＰ_M ＝２０μｍに選定する。

走査ユニット２０の側には、光源２１が配備されており、この光源は、放射された光束を、その光束が基準尺１０または基準尺目盛１０．１の方向に更に進む前にコリメートするためのコリメーターレンズを前置している。光源２１から放射された光束は、基準尺目盛１０．１に当った後、次に走査ユニット２０の側において、走査板２３上に配置された走査目盛２３．１に到達する。走査板２３は、透明な目盛支持体から構成されており、この支持体上には、測定方向ｘに延びる走査目盛２３．１が配置されている。走査目盛２３．１は、走査目盛標示の周期的な構造を有し、その際この例では、走査目盛標示は、またもや目盛支持体上における光を通さない細い線として構成されており、これらの線の間には、光を通す部分領域がある。走査目盛２３．１の側における、この目盛標示の指定は、以下において走査目盛周期と称する値ＴＰ_A を用いて行う。

既に最初に言及したとおり、ここに挙げた位置測定装置は、異なる基準尺目盛周期ＴＰ_M および走査目盛周期ＴＰ_A を必要とする、所謂バーニャ走査原理を利用している。このことから、この発明による位置測定装置の実施例においては、基準尺目盛周期ＴＰ_M ＝２０μｍの場合、走査目盛周期ＴＰ_A ＝２０．３８４６μｍと選定している。

このように基準尺目盛周期ＴＰ_M および走査目盛周期ＴＰ_A を選定した場合、光束の基準尺目盛１０．１および走査目盛２３．１との相互作用により、検出面には、縞模様周期Ｐ＝１．０６ｍｍを有する、空間的な周期性を持つバーニャ縞模様が出現する。走査ユニット２０の側では、検出面に検出器配列２４が配置されており、この配列は、基準尺１０と走査ユニット２０が相対的に動いた場合に、その際周期的に変調されたバーニャ縞模様の走査から、少なくとも一つの周期的な走査信号を生成するために機能する。

検出器配列２４は、有利には多数の個別の方形形状の検出器エレメントから構成されており、これらのエレメントは、測定方向ｘに対して、それらの方形の長手側を互いに隣接させた形で配置されている。このような検出器配列は、構造化光検出器（Strukturierte Fotodetektoren）とも称されることもある。このような検出器エレメントは、それぞれ電気を伝える形で相互接続されており、バーニャ縞模様の走査の際に、同相の走査信号を発生させる。通常、検出器エレメントの空間的な配置は、一つの縞模様周期Ｐ内に、常に三つまたは四つの検出器エレメントを配置するものと規定される。このような方法により、特に汚れに対して強い、所謂シングルスパン走査（Einfeldabtastung）を保障することができる。縞模様周期Ｐ毎の検出器エレメント数の選定は、どれだけの数の位相の異なる走査信号を評価することを求められているのかに依存する。例えば、それぞれ位相が９０°ずれた四つの走査信号には、一つの縞模様周期Ｐ内に四つの検出器エレメントを配置する必要があり、それに対して、それぞれ位相が１２０°ずれた三つの走査信号には、一つの縞模様周期Ｐ内に三つの検出器エレメントを配置する必要がある云々。

次に、このような位置測定装置における高調波をフィルタリングするための措置を詳細に取り上げる前に、同様に、この発明による位置測定装置において実現可能であり、図２に模式的に描いた代替の走査光路を手短に説明する。基本的に、図２の例は、上述した変化形態とは、走査光路における走査板２２３または走査目盛２２３．１の配置が異なっている。そこで、ここでは、走査目盛２２３．１をコリメーターレンズ２２２の後に配置するものと規定しており、その結果光源２２１から放射された光束は、先ず走査目盛２２３．１に当り、その後基準尺目盛１００．１に到達し、最終的に光束の走査目盛２２３．１および基準尺目盛１００．１との相互作用により、検出面において、周期的なバーニャ縞模様が発生する。またもや、検出面には、検出器配列２２４が配置されており、この配列は、基本的に、上述した場合と同様に構成される。

その他の点では、基準尺１００と走査ユニット２００を持つ、この発明による位置測定装置の、この実施例の構造は、前に詳しく説明した図１の例と同じである。

更に、この発明の範囲内において、後で説明する措置は、上述したように透過光システムとの組み合わせに用いることができるだけでなく、当然に照射光で動作する位置測定装置においても実現可能であることを、ここで言及しておく。その他に、場合によっては、この発明にもとづき実現可能であるロータリー式測定装置に対しても、同じことが言える。

このような走査光路において、所望の高調波フィルタリングを実現するためには、基準尺目盛の側または走査目盛の側のどちらかに、以下において説明する所定の措置が必要である。これに関して、以下において、走査目盛を用いた高調波フィルタリングの例にもとづき、ベースとなる原理の詳細な記述を行う。当然のことながら、この措置は、基準尺目盛にも同様に転用することができる。

そこで、この発明の第一変化形態においては、高調波をフィルタリングするために、このフィルタリングに使用する目盛標示、すなわち基準尺目盛標示または走査目盛標示のどちらかを、その長手方向に沿って、二つ以上の部分目盛標示に分割するものと規定し、その際測定方向ｘに垂直な向きに対して、結局のところ、個々の部分目盛標示から構成される複数の部分トラックが形成されるものである。フィルタリングに使用する基準尺目盛または走査目盛の各部分トラックにおいて、各目盛標示または部分目盛標示は、その所要の基準尺目盛周期ＴＰ_M または走査目盛周期ＴＰ_A により定められる公称位置からの規定の偏位間隔ΔＶ_n を有する。隣接する部分トラックで異なる、これらの偏位間隔ΔＶ_n によって、望ましくない高調波成分の走査信号からのフィルタリングまたは除去が実現される。従って、最初に述べた従来技術によるフィルタリングの変化形態の場合のように、フィルタリングに必要な偏位間隔ΔＶ_n を持つ一体となった目盛標示を配備する代わりに、この発明では、目盛標示を、その長手方向に沿って二つ以上の部分目盛標示に分割するものである。

図３にもとづき、この原理を具体的に説明することとし、その際より見易くするために、先ずは、走査目盛の個々の目盛標示３０を、その長手方向ｙに沿って、同じ長さまたは高さｈを持つ二つの部分目盛標示３１．１，３１．２に分割するものとだけ規定している。走査板上には、このような多数の目盛標示が、走査目盛周期ＴＰ_A の走査パターンで、測定方向ｘに対して隣接して配置されている、すなわち目盛標示３０は、従って幅ＴＰ_A ／２を有する。線Ｌは、走査目盛周期ＴＰ_A により定められる、偏位のない場合の目盛標示３０の中心の公称位置を示している。図示した例では、上方の部分目盛標示３１．１またはその中心が、この公称位置Ｌから部分偏位間隔−ΔＴＶ₃ だけ左にずらして配置されており、それに対して、下方の部分目盛標示３１．２が、部分偏位間隔＋ΔＴＶ₃ だけ右にずらして配置されている。二つの分割された部分目盛標示３１．１，３１．２において、このように部分偏位間隔＋／−ΔＴＶ₃ を選定することは、走査信号から三次高調波をフィルタリングするのに役立つものである。同様に、走査目盛における他の目盛標示を、その長手方向ｙに沿って、それぞれこのような二つの部分目盛標示に分割することができ、その結果結局のところ、部分目盛標示当り、相応の部分偏位間隔＋／−ΔＴＶ₃ を持つ一つの部分トラックが出来上がることとなる。

走査信号から除去する所定の高調波ｋに対して、各部分トラックに設定すべき相応の部分偏位間隔＋／−ΔＴＶ_k を示すことができる。一般的に、これらは、以下の関係式から得られる。

ΔＴＶ_k ＝（１／２＊１／ｋ＊ＴＰ_M ／２） （式１）

ここで、ｋ＝２，３，４，５，７，_....

式（１）には、まさに基準尺目盛の周期または基準尺目盛周期ＴＰ_M が含まれており、結局のところ、それから、走査信号の周期性も由来している。上述したバーニャシステムの場合、走査目盛周期ＴＰ_A は、もちろんほんの僅かにこれと異なる。

実際には、望ましくない高調波成分のフィルタリングを、特に妨害を与える三次と五次の高調波（ｋ＝３，５）に限定しても、多くの場合に十分であることが分かっており、例えば位相が１２０°ずれた三つの走査信号を生成する場合、有利には、特に二次高調波（ｋ＝２）のフィルタリングに限定される。

この発明をベースとして、三次と五次高調波のフィルタリングが行われる様子を、図４にもとづき、以下に説明する。この図は、走査目盛の側において、個々の目盛標示４０を、その長手方向に沿って、それぞれ長さまたは高さｈを持つ、ここでは結果として得られる四つの部分目盛標示４１．１〜４１．４に分割することを示している。従って、相応の走査板上には、高さｈの四つの部分トラックが、測定方向ｘに垂直な向きに対して隣接して配備されており、それらのトラックにおいて、目盛標示は、その公称位置に対して所定の偏位間隔ΔＶ_n を有する。この公称位置は、またもや偏位の無い場合の個々の部分目盛標示４１．１〜４１．４の中心位置を示す線Ｌにより規定されている。

三次および五次高調波をフィルタリングするために必要な、個々の部分トラックにおける偏位間隔ΔＶ_n を決定するために、先ずは、式（１）を用いて、ｋ＝３およびｋ＝５に対する各部分偏位間隔を算出する。従って、これらは、以下のとおり与えられる。

ΔＴＶ₃ ＝（１／２＊１／３＊ＴＰ_M ／２） （式２．１）

ΔＴＶ₅ ＝（１／２＊１／５＊ＴＰ_M ／２） （式２．２）

ここで、これらの四つの部分トラックにおいては、各目盛標示または部分目盛標示４１．１〜４１．４を、図４に示した形で得られる偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₄ だけ、その公称位置からずらして配置するものと規定し、その際この公称位置は、またもや所定の走査目盛周期ＴＰ_A から得られる。この場合、結果として得られた偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₄ は、図４に図解されているとおり、部分偏位間隔ΔＴＶ₃ とΔＴＶ₅ の線形結合から導き出される。またもや、隣接する部分トラックでは、目盛標示または部分目盛標示４１．１〜４１．４に対して、結果として得られた異なる偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₄ を設定する。

個々の部分目盛標示または個々の部分トラックの高さｈは、有利には、出来る限り短い周期のフィルター効果を実現可能なように選定される。このことは、場合によっては起こり得る、走査板の基準尺に対するモアレ回転がある場合においても、引き続き相当のフィルタ効果が得られることを意味する。

前の実施例の考えにもとづく、この発明による高調波フィルタリングの別の変化形態を、図５により説明する。そこでは、その前の二つの図面と同様に、単一の目盛標示５０の複数の部分トラックへの分割が図解されており、その際結局のところ、またもや三次と五次の高調波を走査信号から除去するものである。その前の例とは異なり、ここでは、目盛標示５０を、その長手方向に沿って、それぞれ高さｈを有する全部で九つの部分目盛標示５１．１〜５１．９あるいは九つの部分トラックに分割するものと規定している。従って、ｙ方向に対して隣接して、すなわち測定方向ｘに垂直な向きに対して、高さｈの九つの部分トラックが配置されており、これらのトラックは、またもやその本来の公称位置に対して、所定の偏位間隔ΔＶ_n （この例では、ｎ＝１_....９）を有する。

この前の例におけるとおり、先ずは三次と五次の高調波（ｋ＝３，５）をフィルタリングするための部分偏位間隔を算出する。これらは、前に式（２．１）と（２．２）で示した二つの値ΔＴＶ₃ とΔＴＶ₅ と同じである。九つの部分トラックにおいては、各目盛標示または部分目盛標示５１．１〜５１．９を、その公称位置または線Ｌから、図５で示すとおり、得られた偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₉ だけずらして配置し、その際公称位置は、またもや所定の走査目盛周期ＴＰ_A から得られるものである。得られた偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₉ は、またもや図５で図解されているとおり、部分偏位間隔ΔＴＶ₃ とΔＴＶ₅ の線形結合から導き出される。隣接する部分トラックでは、目盛標示または部分目盛標示５１．１〜５１．９に対して、結果として得られた異なる偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₉ を設定している。

四つの異なる偏位間隔ΔＶ₁ 〜ΔＶ₄ しか結果として得られて存在しないので、二つの高調波（ｋ＝３，５）をフィルタリングするためには、全長に渡って、三つの偏位間隔ΔＶ₂ ，ΔＶ₃ およびΔＶ₄ は二回、それに対して偏位間隔ΔＶ₁ は、三回繰り返して設定する。この場合、両端では、対応する部分トラックにおける目盛標示部分５１．１と５１．９に対して、それぞれ同じ偏位間隔ΔＶ₁ を設定する。従って、測定方向ｘに垂直な向きに対して、異なる偏位間隔を持つ部分トラックが、数回繰り返して配置されることとなる。

この前の例よりももっと多い部分トラックに分割することによって、モアレ回転に対する耐性を向上させると同時に、更に良好なフィルター効果を実現することができる。同時に、両端に同じ偏位の目盛標示部分５１．１と５１．９を配置することによって、基準尺と走査ユニットの目盛線方向（Strichrichtung）へのずれに対する耐性が得られる。

従って、図４に描いた目盛標示の構成は、三次と五次の高調波を除去するために必要なフィルターの基本ユニットである。図５における変化形態は、このフィルターの基本ユニットの発展形態を表しており、この基本ユニットをｙ方向に対して数回繰り返し配置しただけのものに対応する。

図６は、図５により説明した考えにもとづく走査目盛を有する全体的な走査板の図を平面図で示している。この場合、全部で九つの得られた部分トラック３１１．１〜３１１．９が明らかに識別でき、これらは、三次と五次の高調波をフィルタリングするために、前述した偏位間隔を有する。

最後に、図７にもとづき、この発明による位置測定装置の別の変化形態を説明し、その際この図は、走査に使用される検出器エレメントと関連させた、高調波フィルタリングに用いられる走査目盛の部分図を示している。

この実施例の走査目盛標示７１，７２，７３は、それぞれ三つの部分トラックを有し、これらの部分トラックは、またもやｙ方向に対して互いに隣接して配置されている。隣接する部分目盛標示７１．１〜７１．３，７２．１〜７２．３，７３．１〜７３．３間における個々の部分トラックの偏位間隔は、単に模式的に図解したものである。これらの偏位間隔を選定するのに、またもや前の例で説明したとおりの考えを援用することができる。

同じく図７には、検出器配列の一部が、走査目盛に重ねて、二つの個別の検出器エレメント７５，７６の形で大まかに描かれている。前述したとおり、検出面に位置し、周期的に配置された検出器エレメント７５，７６によって、そこに生じる周期的な縞模様が走査される。

ここで、図７の例では、特に個々の部分トラックから得られる、高調波フィルタリングのために用いられる走査目盛の全体の幅ｂ_GES を、その長手方向における個々の検出器エレメント７５，７６の長さｌよりも長くなるように選定しているのが、明らかに分かる。この措置により、ｙ方向における、この例ではフィルターにかける走査目盛標示に対する検出器エレメントの相対位置に関する追加的な耐性が確保され、それは、例えば組み立て時における調整の負担を低減するのに効果がある。この場合、個々の検出器エレメントの長さｌは、有利には、この長さｌが、所望のフィルター効果を実現するのに最低限必要な部分トラックの合算した幅ｂ_min の整数倍（ｉ＝１，２，３_... ）に相当するように選定される。図７のここに挙げた例では、検出器エレメント７５，７６の長さｌは、二つの部分トラックの合算した幅ｂ_min （ｉ＝１）に相当する。従って、この例では、フィルタリングのためには、少なくとも二つの部分トラックが必要である。

この例では、三次と五次の高調波をフィルタリングするために、相応の偏位間隔を持つ少なくとも四つの部分トラックが必要であることなどから、このことは、前述した図５の例と同様に、それに対応する検出器エレメントは、四つの部分トラックの幅ｂ_min に相当する長さｌを有することを意味する。

このように検出器エレメントの長さｌを選定することにより、組み立て時においても、測定動作時においても、検出器エレメントに対して、対応する目盛標示を調整することに関して、一定の許容範囲が存在することが保障され、その際同時に、獲得したフィルター効果が引き続き確保される。

当然のことながら、同様に多くの前述した個々の措置をすべてまとめて、この発明にもとづき構成した位置測定装置の、この変化形態と組み合わせることができる。

更に、この発明にもとづき前述した原理をベースとして、一連の別の代替の実施構成と実施形態の可能性が存在する。

そこで、例えば、図１にもとづく走査光路に関して、検出器配列と走査目盛を、単一の検出器ユニットとして構成することが可能である。この場合、走査目盛は、そのために、平坦な光電式検出器エレメント上に直に配置される。

更に、基準尺側でのフィルタリングの場合には、対応する走査目盛標示の長さとフィルターをかける基準尺目盛標示の幅を、図７により説明した考えと同様に、重ね合わせて一致させるのが有利である。従って、この場合には基準尺と走査ユニット間において、相応の組み立て許容範囲を確保するためには、走査板上における目盛標示の長さを、検出器エレメントに関する考えと同様に選定しなければならない、すなわち一つには、フィルタリングするために使用する部分トラックの全体の幅よりも短く、そして次には、少なくともこの長さが、フィルタリングに最低限必要な部分トラックの幅またはその整数倍（ｉ＝１，２，３，_....）に相当するような長さに選定される。

更に、リニア式とロータリ式の位置測定装置のどちらも、この発明にもとづき構成することができることに言及しておきたい。そして、最後に述べたケースでは、前述した方形の形状からずれた、検出器エレメントの幾何学的寸法を採用することもできる。

同様に、使用する目盛構造に関して、様々な実施形態の可能性が存在する。そこで、これらを、振幅格子と位相格子のどちらとしても構成することができる。

更に、この発明の範囲には、相応の位置測定装置の実施形態の別の可能性が存在する。

この発明による光学式位置測定装置の第一変化形態の走査光路 この発明による光学式位置測定装置の第二変化形態の走査光路 この発明による措置を説明するための第一模式図 この発明による位置測定装置の走査目盛の第一実施構成の部分図 この発明による位置測定装置の走査目盛の別の実施構成の部分図 図５により説明する原理にもとづく走査目盛を持つ走査板の全体図 走査に使用する検出器エレメントと関連させた、この発明による位置測定装置の走査目盛の別の実施構成の部分図

符号の説明

１０，１００ 基準尺
１０．１，１００．１ 基準尺目盛
２０，２００ 走査ユニット
２１，２２１ 光源
２２，２２２ コリメーターレンズ
２３，２２３，３３３ 走査板
２３．１，２２３．１ 走査目盛
２４，２２４ 検出器配列
３０，４０，５０，７１，７２，７３ 目盛標示
３１．１，３１．２，４１．１〜４１．４，５１．１〜５１．９，７１．１〜７１．３，７２．１〜７２．３，７３．１〜７３．３，３１１．１〜３１１．９ 部分目盛標示（部分トラック）
７５，７６ 検出器エレメント
ｂ_GES 走査目盛の全体の幅
ｂ_min 所望のフィルター効果を実現するのに最低限必要な部分トラックの合算した幅
ｈ 部分目盛標示（部分トラック）の高さ
ｌ 検出器エレメントの長さ
ｘ 測定方向
ｙ 部分目盛標示の長手方向
Ｌ 公称位置（線）
ＴＰ_M 基準尺目盛周期
ＴＰ_A 走査目盛周期
ΔＴＶ₃ ，ΔＴＶ₅ 部分偏位間隔
ΔＶ₁ 〜ΔＶ₉ 偏位間隔

Claims (6)

1. 基準尺と、この基準尺に対して、少なくとも測定方向（ｘ）に動く走査ユニットとから構成される光学式位置測定装置であって、
   この基準尺は、測定方向（ｘ）に対して、基準尺目盛周期（ＴＰ_M ）で周期的に配置された基準尺目盛標示を持つ基準尺目盛を有し、
   この走査ユニットは、光源と、少なくとも一つの周期的な走査目盛と、検出器配列とを有し、
   この走査目盛は、測定方向（ｘ）に沿って、走査目盛周期（ＴＰ_A ）で周期的に配置された走査目盛標示から構成され、その際基準尺目盛周期（ＴＰ_M ）と走査目盛周期（ＴＰ_A ）とは互いに異なり、
   この検出器配列を用いて、基準尺と走査ユニットを相対的に動かした場合に、少なくとも一つの周期的な走査信号が検出可能であり、この走査信号は、この検出器配列の検出面において、縞模様周期Ｐを持つ周期的なバーニャ縞模様を走査することから生成され、
   基準尺目盛（１０．１）または走査目盛（２３．１）は、それぞれ測定方向（ｘ）に垂直な向きに対して隣接する二つ以上の部分トラック（３１１．１，_....３１１．９）を有し、各部分トラック（３１１．１，_....３１１．９）における目盛標示は、それぞれその公称位置からの所定のかつ一定の偏位間隔（ΔＶ_n ）を持っており、その際隣接する部分トラック（３１１．１，_....３１１．９）の偏位間隔（ΔＶ_n ）は異なり、その結果これらの選定された偏位間隔（ΔＶ_n ）によって、走査信号からの望ましくない高調波成分のフィルタリングが実現され、
   この走査目盛標示または基準尺目盛表示の長さは、このフィルタリングのために使用される、基準尺目盛または走査目盛の部分トラックの全体の幅よりも短く、
   この走査目盛標示または基準尺目盛表示の長さは、所望のフィルター効果を得るのに最低限必要な部分トラックの幅あるいはその整数倍（ｉ＝１，２，....）に等しい、
   光学式位置測定装置。
2. 走査ユニット（２０）の個々のエレメントの配置は、光源（２１）から放射された光束が、先ずは基準尺目盛（１０．１）に当り、次に走査目盛（２３．１）に到達するように構成され、その結果光束の走査目盛（２３．１）との相互作用により、検出面において、周期的なバーニャ縞模様が生起することを特徴とする請求項１に記載の光学式位置測定装置。
3. 走査ユニット（２００）の個々のエレメントの配置は、光源（２２１）から放射された光束が、先ずは走査目盛（２２３．１）に当り、次に基準尺目盛（１００．１）に到達するように構成され、その結果光束の基準尺目盛（１００．１）との相互作用により、検出面において、周期的なバーニャ縞模様が生起することを特徴とする請求項１に記載の光学式位置測定装置。
4. 当該の部分トラックには、それぞれ少なくとも二つの部分偏位間隔（ΔＴＶ_k ）の線形結合から得られる偏位間隔（ΔＶ_n ）を設定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置。
5. ｋ次の高調波をフィルタリングするための部分偏位間隔ΔＴＶ_k が、
   
   ΔＴＶ_k ＝＋／−（１／２＊１／ｋ＊ＴＰ_M ／２）
   
   ここで、ｋ＝２，３，４，５，７，_....
   
   にもとづき選定されることを特徴とする請求項４に記載の光学式位置測定装置。
6. 異なる偏位間隔（ΔＶ_n ）を持つ部分トラックが、測定方向（ｘ）に垂直な向きに対して数回繰り返す形で配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学式位置測定装置。
   
   

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