DE102017223688A1

DE102017223688A1 - Wegmesssystem

Info

Publication number: DE102017223688A1
Application number: DE102017223688.4A
Authority: DE
Inventors: Akihide Kimura; Joseph Daniel Tobiason
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108240828A; US20180180453A1; JP2018105845A; CN108240828B; US10094685B2

Abstract

Ein Detektionskopf, der im Verhältnis zu einer Skala bewegbar ist, detektiert gebeugtes Licht und gibt ein Detektionsergebnis aus. Das gebeugte Licht wird durch ein Inkrementalmuster gebeugt. Eine Signalverarbeitungseinheit berechnet eine relative Verlagerung zwischen der Skala und dem Detektionskopf. Der Detektionskopf umfasst: eine Lichtquelle, die Licht auf die Skala emittiert; und eine Detektionseinheit, die eine Licht empfangende Einheit umfasst, bei der eine Vielzahl von Licht empfangenden Elementen, die ein Detektionssignal ausgeben, angeordnet ist. Die Anzahl der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen ist eine gerade Zahl. Eine Periode der Anordnung der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen ist ein ungeradzahliges Vielfaches einer Grundperiode. Die Grundperiode ist eine Periode der Interferenzstreifen, die sich an der Licht empfangenden Einheit durch gebeugtes Licht +1. und -1. Ordnung bilden. Eine Breite des Licht empfangenden Elements ist nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Grundperiode.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wegmesssystem.
Beschreibung der verwandten Technik
Derzeit ist als eine Geräteart zum Messen einer Verlagerung ein optisches Wegmesssystem bekannt. Das optische Wegmesssystem umfasst eine Skala und einen Detektionskopf, der sich entlang der Skala bewegt. Die Skala ist beispielsweise mit einem absoluten Muster, um eine Referenzposition zu detektieren, und mit einem inkrementalen Muster, um eine relative Verlagerung zwischen der Skala und dem Detektionskopf zu detektieren, versehen. Das optische Wegmesssystem bestimmt die Referenzposition unter Verwendung eines Referenzsignals, wobei es sich um ein Ergebnis der Detektion des absoluten Musters auf der Skala handelt. Ferner kann eine Positionsbeziehung zwischen der Skala und dem Detektionskopf detektiert werden, indem eine Verlagerung im Verhältnis zu der Referenzposition berücksichtigt wird (d.h. darauf basierend detektiert werden kann), die aus einem Detektionsergebnis des Inkrementalmusters erzielt wird.
Im Allgemeinen wird das Inkrementalmuster als Beugungsgitter gebildet, in dem eine Vielzahl von Gittermustern in einer Messrichtung angeordnet ist. Licht wird auf dieses Beugungsgitter angewendet (d.h. emittiert), und eine optische Intensität von Interferenzstreifen, die durch Interferenz zwischen gebeugtem Licht +1. Ordnung und gebeugtem Licht -1. Ordnung, die durch das Beugungsgitter gebeugt werden, gebildet werden, wird detektiert. Um bei einem derartigen optischen Wegmesssystem die Interferenzstreifen zwischen dem gebeugten Licht +1. Ordnung und dem gebeugten Licht -1. Ordnung richtig zu detektieren, ist es notwendig, die Wirkung auf die Interferenzstreifen, die durch das gebeugte Licht verursacht wird, das andere Ordnungen aufweist, wie etwa gebeugtes Licht 0. Ordnung, zu verhindern oder zu minimieren.
Beispielsweise wurde ein Wegmesssystem vorgeschlagen, bei dem gebeugtes Licht 0. Ordnung beseitigt wird, indem eine optische Blockade zwischen einer Lichtquelle und einer Skala angeordnet wird ( Japanisches Patent Nr. 2619566 ). Bei diesem Wegmesssystem wird ein Abtastgitter zwischen der Lichtquelle und der Skala eingeschoben, und Licht wird von der Lichtquelle auf das Abtastgitter angewendet. Eine Abschirmung zum Blockieren des gebeugten Lichts 0. Ordnung wird zwischen dem Abtastgitter und der Skala eingeschoben. Diese Abschirmung wird in einer derartigen Position angeordnet, dass das gebeugte Licht 0. Ordnung blockiert wird, doch gebeugtes Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung nicht blockiert wird. Obwohl daher das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung die Skala erreicht, erreicht das gebeugte Licht 0. Ordnung die Skala nicht. Dadurch verbreitet sich nur gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung von der Skala bis zu einer Detektionseinheit, wodurch es möglich ist, die Wirkung des gebeugten Lichts 0. Ordnung zu verhindern.
Ferner wurde ein anderes Beispiel eines Wegmesssystems unter Verwendung eines Abtastgitters vorgeschlagen ( Japanisches Patent Nr. 4856844 ). Bei diesem Wegmesssystem wird Licht von einer Lichtquelle auf eine Skala angewendet, und gebeugtes Licht, das durch die Skala gegangen ist, wird detektiert. Ein Abtastgitter wird zwischen der Skala und einer Detektionseinheit eingeschoben. Ferner wird ein Beugungsgitter nur an einer Stelle gebildet (d.h. angeordnet), an der gebeugtes Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung von dem gebeugten Licht, das von der Skala kommt, einfällt, so dass die anderen Ordnungen von gebeugten Licht, wozu gebeugtes Licht 0. Ordnung gehört, blockiert werden. Das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung, das auf das Abtastgitter einfällt, wird durch das Beugungsgitter gebeugt, und es bilden sich Interferenzstreifen an der Detektionseinheit. Somit verbreitet sich nur das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung von der Skala bis zu der Detektionseinheit, wodurch es möglich ist, die Wirkung des gebeugten Lichts 0. Ordnung zu verhindern.
Ferner wurde ein Wegmesssystem vorgeschlagen, bei dem das gebeugte Licht 0. Ordnung durch ein räumliches Filter beseitigt wird (Kazuhiro Hane, et al.: 2, „Optical Encoder Using Metallic Surface Grating", Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Bd. 64, Nr. 10, 1998). Bei diesem Wegmesssystem wird Laserlicht auf eine Skala angewendet, und das sich ergebende gebeugte Licht wird durch eine Kollimatorlinse kollimiert. Dann wird ein räumliches Filter verwendet, bei dem ein Schlitz an einer derartigen Stelle angeordnet ist, dass nur gebeugtes Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung des kollimierten gebeugten Lichts, das diverse Ordnungen aufweist und aus der Kollimatorlinse kommt, durch dieses hindurchgeht, so dass die anderen Ordnungen von gebeugtem Licht, wozu gebeugtes Licht 0. Ordnung gehört, blockiert werden. Anschließend können durch Konvergieren des gebeugten Lichts +1. Ordnung und -1. Ordnung an einer Detektionseinheit durch eine Sammellinse Interferenzstreifen an der Detektionseinheit gebildet werden.
KURZDARSTELLUNG
Es bestehen jedoch die folgenden Probleme bei den zuvor beschriebenen Wegmesssystemen. Wie zuvor beschrieben ist es notwendig, optische Elemente, wie etwa ein Abtastgitter, eine Linse und ein räumliches Filter hinzuzufügen, um die Wirkung von gebeugtem Licht 0. Ordnung zu beseitigen. Dadurch würde die Größe des Wegmesssystems zunehmen und seine Struktur würde kompliziert werden.
Ferner wird bei allen zuvor beschriebenen Beispielen das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung von den anderen Ordnungen von gebeugtem Licht unter Verwendung einer Differenz des Beugungswinkels getrennt. Wenn daher gebeugtes Licht genau getrennt werden muss, muss der Abstand zwischen den optischen Elementen erhöht werden, weil der Abstand, in dem die verschiedenen Ordnungen von gebeugtem Licht voneinander getrennt sind, ansonsten nicht vergrößert werden könnte. Daher könnte es sein, dass die Größe des Wegmesssystems weiter zunimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Gegebenheiten erdacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wegmesssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die Genauigkeit der Positionsdetektion dadurch zu verbessern, dass unnötiges gebeugtes Licht beseitigt wird.
Ein erster beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wegmesssystem, das Folgendes umfasst:

eine Skala, in der ein Inkrementalmuster gebildet ist;
einen Detektionskopf, der im Verhältnis zu der Skala in einer Messrichtung bewegbar ist, wobei der Detektionskopf konfiguriert ist, um gebeugtes Licht zu detektieren und ein Detektionsergebnis auszugeben, wobei das gebeugte Licht durch Beugung von Licht, das durch das Inkrementalmuster auf die Skala emittiert wird, erzielt wird; und
eine Signalverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um eine relative Verlagerung zwischen der Skala und dem Detektionskopf basierend auf dem Detektionsergebnis, das durch den Detektionskopf erzielt wird, zu berechnen, wobei
der Detektionskopf Folgendes umfasst:
- eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um das Licht auf die Skala zu emittieren; und
- eine Detektionseinheit, die eine Licht empfangende Einheit umfasst, die eine Vielzahl von Licht empfangenden Elementen umfasst, die in der Messrichtung angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Licht empfangenden Elementen konfiguriert ist, um ein Detektionssignal des gebeugten Lichts von der Skala auszugeben,
die Anzahl der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen, die in der Messrichtung angeordnet ist, eine gerade Zahl ist,
eine Periode der Anordnung der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen ein ungeradzahliges Vielfaches einer Grundperiode ist, wobei die Grundperiode eine Periode von Interferenzstreifen ist, die sich an der Licht empfangenden Einheit durch gebeugtes Licht +1. Ordnung und gebeugtes Licht - 1. Ordnung von dem gebeugten Licht bilden, und
eine Breite des Licht empfangenden Elements in der Messrichtung nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Grundperiode ist.

Ein zweiter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem das gebeugte Licht +1. Ordnung, das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht 0. Ordnung von der Skala auf die Detektionseinheit einfallen.
Ein dritter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem
eine Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet ist, und
aus der Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten zwei nebeneinanderliegende Licht empfangende Einheiten gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Viertel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Ein vierter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem
erste und zweite Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und
die Detektionseinheit ein Detektionssignal, das von der ersten Licht empfangenden Einheit ausgegeben wird, an die Signalverarbeitungseinheit als A-Phasensignal ausgibt und ein Detektionssignal, das von der zweiten Licht empfangenden Einheit ausgegeben wird, an die Signalverarbeitungseinheit als B-Phasensignal ausgibt.
Ein fünfter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem
erste, zweite, dritte und vierte Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und
die Detektionseinheit ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an die Signalverarbeitungseinheit ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem A-Phasensignal und einem A^--Phasensignal ist, wobei das differentielle B-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem B-Phasensignal und einem B^--Phasensignal ist, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der ersten Detektionseinheit ausgegeben wird, das A^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der dritten Detektionseinheit ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der zweiten Detektionseinheit ausgegeben wird, und das B^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der vierten Detektionseinheit ausgegeben wird.
Ein sechster beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem
eine Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet ist, und
aus der Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten zwei nebeneinanderliegende Licht empfangende Einheiten gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Drittel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Ein siebter beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zuvor beschriebene Wegmesssystem, bei dem
erste, zweite und dritte Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und
die Detektionseinheit ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an die Signalverarbeitungseinheit ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal und das differentielle B-Phasensignal durch Kombinieren eines A-Phasensignals, eines B-Phasensignals und eines C-Phasensignals und dadurch, dass sich die Phasen um 90° voneinander unterscheiden, generiert werden, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der ersten Detektionseinheit ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der zweiten Detektionseinheit ausgegeben wird, und das C-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der dritten Detektionseinheit ausgegeben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Wegmesssystem bereitzustellen, das die Genauigkeit der Positionsdetektion verbessern kann, indem es unnötiges gebeugtes Licht beseitigt.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung, die nachstehend gegeben wird, und den beiliegenden Zeichnungen, die nur zur Erläuterung gegeben werden und somit nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind, hervorgehen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Konfiguration eines optischen Wegmesssystems 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des optischen Wegmesssystems 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 Interferenzstreifen, die sich an einer Detektionseinheit durch gebeugtes Licht +1. Ordnung und gebeugtes Licht -1. Ordnung bilden;
4 Interferenzstreifen, die sich an einer Detektionseinheit durch gebeugtes Licht +1. Ordnung, gebeugtes Licht -1. Ordnung und gebeugtes Licht 0. Ordnung bilden;
5 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 1;
6 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 2;
7 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 3;
8 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 4;
9 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 5;
10 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß einem Vergleichsbeispiel 1;
11 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß einem Vergleichsbeispiel 2;
12 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß einem Vergleichsbeispiel 3;
13 eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß einem Vergleichsbeispiel 4;
14 schematisch eine Konfiguration einer Licht empfangenden Einheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
15 schematisch eine andere Konfiguration einer Licht empfangenden Einheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
16 schematisch eine andere Konfiguration einer Licht empfangenden Einheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Die gleichen Zeichen sind in allen Zeichnungen den gleichen Bauteilen zugeteilt und ihre wiederholten Erklärungen werden gegebenenfalls ausgelassen.
Erstes Ausführungsbeispiel
Es wird ein optisches Wegmesssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Konfiguration eines optischen Wegmesssystems 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Ein beispielhafter Fall, bei dem das optische Wegmesssystem 100 als durchlässiges Wegmesssystem aufgebaut ist, wird nachstehend erklärt. Wie in 1 gezeigt, umfasst das optische Wegmesssystem 100 eine Skala 1, einen Detektionskopf 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 3. Die Skala 1 und der Detektionskopf 2 sind derart konfiguriert, dass sie im Verhältnis zueinander entlang einer Messrichtung (eine X-Achsenrichtung in 1), die zur Längsrichtung der Skala 1 parallel ist, bewegt werden können. Ein Muster, das zur Positionsdetektion verwendet wird, ist in der Skala 1 gebildet. Wenn Licht auf das Muster angewendet (d.h. emittiert) wird, entsteht Interferenzlicht. Der Detektionskopf 2 detektiert eine Änderung des Interferenzlichts in der Messrichtung und gibt ein Detektionssignal DET, bei dem es sich um ein elektrisches Signal handelt, welches das Detektionsergebnis angibt, an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Die Signalverarbeitungseinheit 3 führt eine Signalverarbeitung an dem empfangenen Detektionssignal DET aus und berechnet dadurch eine Positionsbeziehung zwischen der Skala 1 und dem Detektionskopf 2.
Es sei zu beachten, dass eine Richtung, die zur Messrichtung (der X-Achsenrichtung in 1) rechtwinklig und zur Breitenrichtung der Skala 1 parallel ist, in der folgenden Erklärung als Y-Achsenrichtung definiert ist. D.h. die Hauptfläche der Skala 1 ist eine XY-Ebene (d.h. parallel zu einer XY-Ebene). Ferner ist eine Richtung, die zur Hauptfläche (der XY-Ebene) der Skala 1 rechtwinklig ist, d.h. die Richtung, die sowohl zur X- als auch zur Y-Achse rechtwinklig ist, als Z-Achsenrichtung definiert. Ferner ist in den nachstehend erklärten perspektivischen Ansichten eine Richtung von der Ecke unten links in die Ecke oben rechts in der Zeichnung als positive Richtung auf der X-Achse definiert. Eine Richtung von der Ecke unten rechts zur Ecke oben links in der Zeichnung ist als positive Richtung auf der Y-Achse definiert. Ferner ist eine Richtung von unten nach oben in der Zeichnung als eine positive Richtung auf der Z-Achse definiert.
Das optische Wegmesssystem 100 wird nachstehend ausführlicher erklärt. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des optischen Wegmesssystems 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Detektionskopf 2 eine Lichtquelle 4 und eine Detektionseinheit 5. Wie zuvor beschrieben sind die Skala 1 und der Detektionskopf 2 derart konfiguriert, dass sie im Verhältnis zueinander in der Messrichtung (der X-Achsenrichtung in 2) bewegt werden können.
Die Lichtquelle 4 ist eine Lichtquelle, die kollimiertes Licht 4A ausgibt. Die Lichtquelle 4 umfasst beispielsweise ein Lichtquellenelement und einen Kollimator. Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, wird durch den Kollimator kollimiert und wird dadurch zu dem kollimierten Licht 4A. Beispiele von verfügbaren Lichtquellen umfassen eine LED (Leuchtdiode), einen Halbleiterlaser, eine SLED (selbstabtastende Leuchtdiode) und eine OLED (organische Leuchtdiode). Ferner können für den Kollimator diverse Kollimationsmittel, wie etwa eine Linsenoptik, verwendet werden.
Die Skala 1 ist als Plattenelement gebildet, dessen Hauptfläche (die XY-Ebene) zur Z-Achse rechtwinklig ist und dessen Längsrichtung zur X-Achsenrichtung in 2 parallel ist. Die Skala 1 ist an einer Stelle angeordnet, an der das kollimierte Licht 4A von der Lichtquelle 4 auf ihre Hauptfläche (die XY-Ebene) in einem rechten Winkel einfällt. In 2 ist die Skala 1 auf der negativen Seite in der Z-Achsenrichtung im Verhältnis zur Lichtquelle 4 angeordnet.
Ein Referenzmuster 6 und ein Inkrementalmuster 7 sind in dem Plattenelement gebildet, das die Skala 1 bildet.
Als typisches Beispiel des Referenzmusters 6 wird ein Licht durchlassender Teil 6A, der eine gitterartige Form (oder eine schlanke rechteckige Form) aufweist, deren Längsrichtung zur Y-Richtung in 2 parallel ist, gebildet. Das Muster des Referenzmusters 6 ist jedoch nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. D.h. es können gegebenenfalls andere Muster, wie etwa ein Muster, das aus einer Vielzahl von Gittermustern besteht, verwendet werden.
Bezüglich des Inkrementalmusters 7 ist eine Vielzahl von gitterartigen Licht durchlassenden Teilen, deren Längsrichtung zur Y-Richtung in 2 parallel ist, in einer Reihe in der X-Achsenrichtung angeordnet. D.h. die Licht durchlassenden Teile 7A und die nicht durchlässigen Teile 7B sind abwechselnd und wiederholt in der X-Achsenrichtung mit einer Teilung g in dem Inkrementalmuster 7 angeordnet.
Die Skala 1 ist bevorzugt aus Glas gebildet. In diesem Fall werden nicht durchlässige Teile durch eine Metallfolie gebildet, die auf das Glas aufgedampft wird, und Bereiche, in denen sich keine Metallfolie befindet, dienen als Licht durchlassende Teile. Es kann jedoch ein beliebiges Material, aus dem gitterartige Licht durchlassende Teile, die Licht durch dieses hindurchgehen lassen, und nicht durchlässige Teile, die kein Licht durch dieses hindurchgehen lassen, gebildet werden können, als Material für die Skala 1 verwendet werden.
Die Detektionseinheit 5 ist derart konfiguriert, dass sie Licht detektieren kann, das durch die Skala 1 hindurch gegangen ist. Die Detektionseinheit 5 umfasst die Licht empfangenden Einheiten 8 und 9. Die Licht empfangenden Einheiten 8 und 9 sind in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet. Die Detektionseinheit 5 gibt Signale, die durch die Licht empfangenden Einheiten 8 und 9 ausgegeben werden, als Detektionssignal DET aus.
Die Licht empfangende Einheit 8 ist derart konfiguriert, dass sie Licht detektieren kann, das durch das Referenzmuster 6 hindurchgegangen ist. Ferner gibt die Licht empfangende Einheit 8 ein Detektionsergebnis an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Bei diesem Beispiel ist ein Licht empfangendes Element 10 angeordnet, um Licht zu detektieren, das durch den Licht durchlassenden Teil 6A des Referenzmusters 6 hindurchgegangen ist. Somit gibt die Licht empfangende Einheit 8 ein elektrisches Signal, das durch Umwandeln des Lichts, das durch den Licht durchlassenden Teil 6A des Referenzmusters 6 hindurchgegangen ist, in das elektrische Signal (eine optische/elektrische Umwandlung) erzielt wird, an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus.
Die Licht empfangende Einheit 9 ist derart konfiguriert, dass sie Licht detektieren kann, das durch das Inkrementalmuster 7 hindurchgegangen ist. Ferner gibt die Licht empfangende Einheit 9 ein Detektionsergebnis an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Beispielsweise gibt die Licht empfangende Einheit 9 ein elektrisches Signal, das durch Umwandeln des Lichts, das durch das Inkrementalmuster 7 hindurchgegangen ist, in das elektrische Signal (eine optische/elektrische Umwandlung) erzielt wird, an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Die Licht empfangende Einheit 9 ist als eine Gruppierung von Licht empfangenden Elementen gebildet, bei der eine gerade Anzahl von Licht empfangenden Elementen 11 (z.B. Photodioden) mit einer Teilung angeordnet ist, die zum Detektieren von Interferenzstreifen geeignet ist, die durch Licht gebildet werden, das durch das Inkrementalmuster 7 gebeugt wird.
Alternativ kann die Licht empfangende Einheit 9 eine Konfiguration aufweisen, bei der ein Beugungsgitter, das eine gerade Anzahl von Licht durchlassenden Teilen, die darin angeordnet ist, umfasst, über einer Photodiode, die einen großen Licht empfangenden Bereich aufweist, angeordnet. In diesem Fall dient jeder der Teile, an denen die jeweiligen Licht empfangenden Elemente angeordnet sind, im Wesentlichen als zuvor beschriebenes Licht empfangendes Element.
Als Nächstes werden die Interferenzstreifen, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 bilden, erklärt. Licht, das durch das Inkrementalmuster 7 hindurchgegangen ist, wird darin gebeugt, und das gebeugte Licht bildet Interferenzstreifen an der Licht empfangenden Einheit 9. Zuerst werden die Interferenzstreifen 20, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 durch gebeugtes Licht +1. Ordnung und gebeugtes Licht -1. Ordnung bilden, nachstehend erklärt. 3 zeigt die Interferenzstreifen 20, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung bilden. Wie in 3 gezeigt, entstehen die Interferenzstreifen 20, die eine Periode P aufweisen, an der Licht empfangenden Einheit 9 durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung. Nachstehend wird die Periode der Interferenzstreifen 20, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung bilden, als „Grundperiode P“ bezeichnet.
Andere Ordnungen von gebeugtem Licht, d.h. gebeugtes Licht, das andere Ordnungen als die +1. Ordnung und die -1. Ordnung aufweist und durch das Inkrementalmuster 7 hindurchgegangen ist, fallen ebenfalls auf die Licht empfangende Einheit 9. Unter diesen Ordnungen von gebeugtem Lichts weist gebeugtes Licht 0. Ordnung eine große optische Intensität auf. Daher werden die Interferenzstreifen, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 bilden, durch das gebeugte Licht 0. Ordnung beeinflusst.
4 zeigt die Interferenzstreifen 30, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 durch gebeugtes Licht +1. Ordnung, gebeugtes Licht -1. Ordnung und gebeugtes Licht 0. Ordnung bilden. Wie in 4 gezeigt, können hohe Spitzen 31 und niedrige Spitzen 32 abwechselnd in den Interferenzstreifen 30, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 durch das gebeugte Licht +1. Ordnung, das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht 0. Ordnung bilden, erscheinen. Da die hohen Spitzen 31 und die niedrigen Spitzen 32 um einen Abstand voneinander getrennt sind, welcher der Grundperiode P entspricht, weisen die Interferenzstreifen 30 eine Wellenform auf, bei der die hohen Spitzen 31 und die niedrigen Spitzen 32 wiederholt (und abwechselnd) mit einer Periode 2P erscheinen, d.h. der zweifachen Grundperiode P. Wenn daher die optische Intensität der Interferenzstreifen 30 einfach in ein elektrisches Signal umgewandelt wird (eine optische/ elektrische Umwandlung), weist ein Ausgangssignal OUT, welches das Umwandlungsergebnis angibt, ebenfalls eine Wellenform auf, bei der hohe Spitzen und niedrige Spitzen mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, erscheinen.
Um damit zurechtzukommen, wird bei dem optischen Wegmesssystem 100 die Wirkung von unnötigen Interferenztermen, wie etwa von dem zuvor beschriebenen gebeugten Licht 0. Ordnung, reduziert oder verhindert, indem die Licht empfangenden Elemente der Licht empfangenden Einheit 9 gemäß den nachstehend gezeigten Gestaltungsbedingungen konfiguriert und angeordnet werden. Die Konfiguration und Anordnung der Licht empfangenden Elemente 11 der Licht empfangenden Einheit 9 bei diesem Ausführungsbeispiel werden nachstehend ausführlich erklärt. In der Licht empfangenden Einheit 9 ist eine Vielzahl von Licht empfangenden Elementen 11 in der X-Richtung derart angeordnet, dass die folgenden Gestaltungsbedingungen 1 bis 3 erfüllt sind.
[Gestaltungsbedingung 1]
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11 der Licht empfangenden Einheit 9 derart angeordnet, dass die Anzahl von Licht empfangenden Elementen 11, die in der X-Richtung angeordnet sind, geradzahlig ist. Nachstehend wird diese Bedingung als „Gestaltungsbedingung 1“ bezeichnet.
[Gestaltungsbedingung 2]
Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Licht empfangenden Elemente 11 der Licht empfangenden Einheit 9 derart angeordnet, dass eine Periode (oder ein Zyklus), mit der die Licht empfangenden Elemente 11 in der X-Richtung angeordnet sind, ein ungeradzahliges Vielfaches der Grundperiode P der Interferenzstreifen ist (d.h. es wird eine Zahl durch Multiplizieren der Grundperiode P mit einer ungeraden Zahl erzielt). Nachstehend wird diese Bedingung als „Gestaltungsbedingung 2“ bezeichnet.
[Gestaltungsbedingung 3]
Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Licht empfangenden Elemente 11 der Licht empfangenden Einheit 9 derart gebildet, dass eine Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente 11 in der X-Richtung nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Grundperiode P der Interferenzstreifen ist (d.h. eine Zahl, die durch Multiplizieren der Grundperiode P mit einer Ganzzahl erzielt wird). Nachstehend wird diese Bedingung als „Gestaltungsbedingung 3“ bezeichnet.
Dadurch dass die zuvor beschriebenen Gestaltungsbedingungen 1 bis 3 erfüllt werden, kann die Licht empfangende Einheit 9 die Wirkung der Periodizität der zweifachen Grundperiode P auf die Interferenzstreifen 30, die durch das gebeugte Licht 0. Ordnung verursacht wird, beseitigen, so dass es möglich ist, ein Ausgangssignal zu erzielen, das sich mit der Grundperiode P ändert. Der Mechanismus für dieses Merkmal wird nachstehend unter Verwendung von Beispielen erklärt.
[Beispiel 1]
5 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 1. In Beispiel 1 ist die Anzahl von angeordneten Licht empfangenden Elementen gleich zehn, und die Periode (d.h. der Zyklus), mit der die Licht empfangenden Elemente angeordnet sind (nachstehend als „Anordnungsperiode“ bezeichnet), ist gleich der Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 0,5fache Grundperiode P (d.h. die Hälfte der Grundperiode P) der Interferenzstreifen. Es sei zu beachten, dass bei diesem Beispiel die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elementen 11B abwechselnd angeordnet sind.
Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11A sind diese mit einer Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, angeordnet, wie in 5 gezeigt. Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11B sind auch diese mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, angeordnet. D.h. die Licht empfangenden Elemente 11A detektieren eine optische Intensität in einer Phase θ in den Interferenzstreifen, die sich mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, ändert. Dabei detektieren die Licht empfangenden Elemente 11B eine optische Intensität in einer Phase (θ+2π) in den Interferenzstreifen, die sich mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, ändert.
Nachstehend wird die Hälfte der Anzahl von angeordneten Licht empfangenden Elementen durch n dargestellt, und die Intensität von Licht mit der Phase θ, das durch jedes der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B detektiert wird, wird durch I(θ) dargestellt. Die Phase θ ist für die Grundperiode P definiert. Jedes Mal wenn sich die Phase θ um 2π ändert, bewegen sich die Interferenzstreifen um einen Abstand, welcher der Grundperiode P entspricht. Da ferner die Interferenzstreifen 30 eine Periode der zweifachen Grundperiode P aufweisen, wie zuvor beschrieben, weist die optische Intensität I(θ), die in der Phase 0 durch jedes der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B detektiert wird, jedes Mal den gleichen Wert auf, wenn sich die Phase θ um 4π ändert. D.h. es gelten die Beziehungen „I(θ)≠I(θ+2π)“ und „I(θ)=I(θ+4π)“. Diese Beziehungen gelten auch bei den nachstehend beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen. Dabei gilt der nachstehend gezeigte Ausdruck [1] unter den zuvor erklärten Bedingungen. $I_{TOTAL} = nI (θ) + nI (θ + 2 π)$
wobei I_TOTAL die Intensität von Licht ist, das durch die Licht empfangende Einheit 9 detektiert wird.
Wie in dem nachstehend gezeigten Ausdruck [2] gezeigt, weist der Ausdruck [1] jedes Mal den gleichen Wert auf, wenn sich die Phase um 2π ändert. Daher erscheinen in der Intensität I_TOTAL Spitzen, welche die gleiche Höhe aufweisen, mit einer Periode gleich der Grundperiode P. $\begin{array}{l} I_{TOTAL} = nI (θ + 2 π) + nI (θ + 2 π + 2 π) \\ = nI (θ + 2 π) + nI (θ) \\ = nI (θ) + nI (θ + 2 π) \end{array}$
Aus der obigen Erklärung ist zu verstehen, dass ein Ausgangssignal OUT, das mit der Grundperiode P ansteigt und abfällt, erzielt werden kann.
[Beispiel 2]
6 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 2. In Beispiel 2 beträgt die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente vier, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die dreifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 0,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet.
Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11A sind diese mit einer Periode 6P, d.h. der sechsfachen Grundperiode P, angeordnet, wie in 6 gezeigt. Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11B sind diese ebenfalls mit einer Periode 6P, d.h. der sechsfachen Grundperiode P, angeordnet. D.h. die Licht empfangenden Elemente 11A detektieren eine optische Intensität in einer Phase θ in den Interferenzstreifen, die sich mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, ändert. Dabei detektieren die Licht empfangenden Elemente 11B eine optische Intensität in einer Phase (θ+6π) in den Interferenzstreifen, mit einer Änderung mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P.
Es gilt der nachstehend gezeigte Ausdruck [3]. $\begin{array}{l} I_{TOTAL} = nI (θ) + nI (θ + 6 π) \\ = nI (θ) + nI (θ + 2 π + 4 π) \\ = nI (θ) + nI (θ + 2 π) \end{array}$
wobei: n die Hälfte der Anzahl von angeordneten Licht empfangenden Elementen ist; I(θ) die Intensität von Licht in der Phase θ ist, das durch jedes der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B detektiert wird; und I_TOTAL die Intensität von Licht ist, das durch die Licht empfangende Einheit 9 detektiert wird.
D.h. der Ausdruck [3] ist der gleiche wie der Ausdruck [1] von Beispiel 1. Daher erscheinen ähnlich wie bei Beispiel 1 in der Intensität I_TOTAL Spitzen, welche die gleiche Höhe aufweisen, mit einer Periode gleich der Grundperiode P. Aus der obigen Erklärung ist zu verstehen, dass ein Ausgangssignal OUT, das mit der Grundperiode P steigt und fällt, erzielt werden kann.
[Beispiel 3]
7 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 3. In Beispiel 3 beträgt die Anzahl von angeordneten Licht empfangenden Elementen vier, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die dreifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 1,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet.
Obwohl bei dieser Konfiguration die Breite jedes der Licht empfangenden Elemente anders als die in den Beispielen 1 und 2 ist, detektieren die Licht empfangenden Elemente 11A die gleiche Wellenform wie die in den Beispielen 1 und 2, und die Licht empfangenden Elemente 11B detektieren auch die gleiche Wellenform wie die in den Beispielen 1 und 2. Ferner ist die Anzahl von Licht empfangenden Elementen 11A gleich der Anzahl der Licht empfangenden Elemente 11B. Daher gelten die Ausdrücke [1] und [2] wie bei dem Fall von Beispiel 1. Dadurch kann ähnlich wie bei Beispiel 2 ein Ausgangssignal OUT erzielt werden, das mit der Grundperiode P steigt und fällt.
[Beispiel 4]
8 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 4. In Beispiel 4 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente zwei, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die fünffache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 1,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet.
Obwohl bei dieser Konfiguration die Anzahl von Licht empfangenden Elementen und die Breite jedes Licht empfangenden Elements anders als die in Beispiel 3 sind, ist das Licht empfangende Element 11A von dem Licht empfangenden Element 11B um einen Abstand getrennt, der die fünffache Grundperiode P ist. Folglich gelten die zuvor gezeigten Ausdrücke [1] und [2]. Dadurch kann ähnlich wie bei Beispiel 3 ein Ausgangssignal OUT erzielt werden, das mit der Grundperiode P steigt und fällt.
[Beispiel 5]
Ein Beispiel 5 ist ein Änderungsbeispiel von Beispiel 2 und ist ein Beispiel, bei dem Vierphasensignale erzielt werden. 9 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Beispiel 5. In Beispiel 5 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente für jede Phase eine gerade Zahl, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente für jede Phase ist die dreifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente für jede Phase die 0,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner sind bei diesem Beispiel die Licht empfangenden Elemente für eine A-Phase, eine B-Phase, eine A^--Phase und eine B^--Phase jeweils unter Verwendung der Symbole A, B, A- und B- angegeben.
Wie in 9 gezeigt, ist jedes der Licht empfangenden Elemente 12 bis 15 jeweils für die A-, B-, A^-- und B^-- Phasen ähnlich wie die Licht empfangenden Elemente 11 (Licht empfangenden Elemente 11A und 11B) gemäß Beispiel 2 angeordnet. Obwohl mit anderen Worten die Anordnungsperiode der nebeneinanderliegenden Licht empfangenden Elemente die 0,75fache Grundperiode P ist, ist auf Grund der Tatsache, dass das Beispiel 5 derart konfiguriert ist, dass Vierphasensignale erzielt werden, wenn man die Licht empfangenden Elemente für jede Phase beachtet, die Anordnung der Licht empfangenden Elemente für jede Phase ähnlich wie die in Beispiel 2. D.h. gemäß Beispiel 5 kann ein Ausgangssignal OUT, das mit der Grundperiode P steigt und fällt, erzielt werden, ohne durch unnötiges Interferenzlicht beeinflusst zu werden, wie im Fall von Beispiel 2.
Ferner werden zum Vergleich mit den zuvor beschriebenen Beispielen Vergleichsbeispiele, bei denen mindestens eine der zuvor beschriebenen Gestaltungsbedingungen 1 bis 3 nicht erfüllt ist, untersucht.
[Vergleichsbeispiel 1]
10 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Vergleichsbeispiel 1. In Vergleichsbeispiel 1 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente drei, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die dreifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 0,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet. D.h. das Vergleichsbeispiel 1 erfüllt die zuvor beschriebene Gestaltungsbedingung 1 nicht.
Es gilt der nachstehend gezeigte Ausdruck [4]. $I_{TOTAL} = (m + 1) I (θ) + mI (θ + 2 π)$
wobei: m ein Wert ist, der durch Dividieren der Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente durch zwei erzielt wird; I(θ) die Intensität von Licht in der Phase θ ist, das durch jedes der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B detektiert wird; und I_TOTAL die Intensität von Licht ist, das von der Licht empfangenden Einheit 9 detektiert wird.
Wenn sich in Ausdruck [4] die Phase um 2π, d.h. um die Grundperiode P, ändert, wird der nachstehend gezeigte Ausdruck [5] erzielt. $\begin{array}{l} I_{TOTAL} = (m + 1) I (θ + 2 π) + mI (θ + 2 π + 2 π) \\ = (m + 1) I (θ + 2 π) + mI (θ) \end{array}$
Da sich die Interferenzstreifen mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P wie zuvor beschrieben, ändern, sind die optischen Intensitäten der Interferenzstreifen an Stellen, die um die Grundperiode P voneinander getrennt sind, nicht gleich. Daher ist der Wert der Intensität I_TOTAL in Ausdruck [3] anders als der in Ausdruck [4].
Wenn sich in Ausdruck [4] die Phase um 4π, d.h. die zweifache Grundperiode P, ändert, wird der nachstehend gezeigte Ausdruck [6] erzielt. $\begin{array}{l} I_{TOTAL} = (m + 1) I (θ + 4 π) + mI (θ + 2 π + 4 π) \\ = (m + 1) I (θ) + mI (θ + 2 π) \end{array}$
Daher wird der Ausdruck [5] identisch mit Ausdruck [3]. D.h. bei der Intensität I_TOTAL erscheinen Spitzen, welche die gleiche Höhe aufweisen, mit einer Periode gleich der zweifachen Grundperiode P. Dadurch wird das Ausgangssignal OUT ein Signal, dass sich mit der Periode gleich der zweifachen Grundperiode P ändert, wie für den Fall der Interferenzstreifen 30, und weist eine Wellenform auf, bei der Spitzen, die verschiedene Höhen aufweisen, gemischt vorliegen. Folglich verschlechtert sich die Genauigkeit der Positionsdetektion.
[Vergleichsbeispiel 2]
11 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Vergleichsbeispiel 2. In Vergleichsbeispiel 2 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente vier und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die zweifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die 0,5fache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet. D.h. das Vergleichsbeispiel 2 erfüllt nicht die zuvor beschriebene Gestaltungsbedingung 2.
Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11A sind diese mit einer Periode 4P, d.h. der vierfachen Grundperiode P, wie in 11 gezeigt, angeordnet. Bezüglich der Licht empfangenden Elemente 11B sind diese ebenfalls mit der Periode 4P, d.h. der vierfachen Grundperiode P, angeordnet.
Es gilt der nachstehend gezeigte Ausdruck [7]. $\begin{array}{l} I_{TOTAL} = nI (θ) + nI (θ + 4 π) \\ = 2 nI (θ) \end{array}$
wobei: n die Hälfte der Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente ist; I(θ) die Intensität von Licht in der Phase θ ist, das durch jedes der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B detektiert wird; und I_TOTAL die Intensität von Licht ist, das durch die Licht empfangende Einheit 9 detektiert wird.
D.h. da die Intensität I_TOTAL die optische Intensität der Interferenzstreifen in der Phase θ direkt reflektiert, wie in Ausdruck [6] gezeigt, ändert sie sich mit der Periode 2P, d.h. der zweifachen Grundperiode P, wie für den Fall der Interferenzstreifen. Dadurch wird das Ausgangssignal OUT ein Signal, das sich mit einer Periode gleich der zweifachen Grundperiode P ändert, wie für den Fall der Interferenzstreifen 30, und eine Wellenform aufweist, bei der Spitzen, die unterschiedliche Höhen aufweisen, gemischt vorliegen. Folglich verschlechtert sich die Genauigkeit für die Positionsdetektion.
[Vergleichsbeispiel 3]
12 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Vergleichsbeispiel 3. In Vergleichsbeispiel 3 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente vier, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die dreifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente gleich der Grundperiode P der Interferenzstreifen. Bei diesem Beispiel sind die Licht empfangenden Elemente 11A und die Licht empfangenden Elemente 11B abwechselnd angeordnet. D.h. das Vergleichsbeispiel 3 erfüllt nicht die zuvor beschriebene Gestaltungsbedingung 3.
Bei diesem Beispiel ist die Wellenform der Interferenzstreifen, die durch die Licht empfangenden Elemente 11A detektiert werden, die gleiche wie die Wellenform der Interferenzstreifen in Beispiel 2. Ferner ist die Wellenform der Interferenzstreifen, die durch die Licht empfangenden Elemente 11B detektiert werden, ebenfalls die gleiche wie die Wellenform der Interferenzstreifen in Beispiel 2. Da die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente jedoch gleich der Grundperiode P ist, wird das Ausgangssignal OUT von 9 geglättet. Dadurch ist die Periode des Ausgangssignals OUT die zweifache Grundperiode P. D.h. da die Periode des Ausgangssignals OUT länger als die Grundperiode P wird, verschlechtert sich die Genauigkeit für die Positionsdetektion entsprechend.
Bei diesem Beispiel wird der Fall, bei dem die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente gleich der Grundperiode P ist, erklärt. Die zuvor beschriebene Sachlage gilt jedoch auch, wenn die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente ein ungeradzahliges Vielfaches der Grundperiode P ist.
[Vergleichsbeispiel 4]
13 zeigt eine Beziehung zwischen den Interferenzstreifen und den Licht empfangenden Elementen gemäß Vergleichsbeispiel 4. In Vergleichsbeispiel 4 ist die Anzahl der angeordneten Licht empfangenden Elemente vier, und die Anordnungsperiode der Licht empfangenden Elemente ist die dreifache Grundperiode P. Ferner ist die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die zweifache Grundperiode P der Interferenzstreifen. D.h. das Vergleichsbeispiel 4 erfüllt nicht die zuvor beschriebene Gestaltungsbedingung 3.
Bei diesem Beispiel ist die Wellenform der Interferenzstreifen, die durch die Licht empfangenden Elemente 11A detektiert werden, die gleiche wie die Wellenform der Interferenzstreifen in Beispiel 2. Ferner ist die Wellenform der Interferenzstreifen, die durch die Licht empfangenden Elementen 11B detektiert werden, ebenfalls die gleiche wie die Wellenform der Interferenzstreifen in Beispiel 2. Da jedoch die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die zweifache Grundperiode P und gleich der Periode der Interferenzstreifen 30 ist, wird die Intensität des Lichts, das durch die Licht empfangende Einheit 9 detektiert wird, konstant. Dadurch wird das Ausgangssignal OUT ein Signal, das keine Periodizität aufweist, wodurch es unmöglich ist, die Positionsdetektion auszuführen.
Bei diesem Beispiel wird der Fall erklärt, bei dem die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente die zweifache Grundperiode P ist. Die zuvor beschriebene Sachlage gilt jedoch auch, wenn die Breite W jedes der Licht empfangenden Elemente ein ganzzahliges Vielfaches der Grundperiode P ist.
Bei der obigen Erklärung gilt die Aufmerksamkeit dem gebeugten Licht 0. Ordnung, das die größte Wirkung unter dem unnötigen gebeugten Licht aufweist. Die Konfiguration gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch auch die Wirkung reduzieren, die durch unnötiges gebeugtes Licht mit anderen Ordnungen verursacht wird. Der Mechanismus für dieses Merkmal wird nachstehend unter Verwendung eines Beispiels erklärt, bei dem die Wirkung, die durch gebeugtes Licht +2. Ordnung und -2. Ordnung verursacht wird, reduziert oder verhindert wird.
Wenn komplexe Amplituden von gebeugtem Licht +2. Ordnung, gebeugtem Licht +1. Ordnung, gebeugtem Licht 0. Ordnung, gebeugtem Licht -1. Ordnung und gebeugtem Licht -2. Ordnung jeweils durch u+2, u+1, u0, u-1 und u-2 dargestellt werden, können Interferenzstreifen, die sich an der Licht empfangenden Einheit 9 bilden, als eine Endsumme I der Produkte dieser fünf komplexen Amplituden und ihrer fünf konjugierten komplexen Amplituden ausgedrückt werden. Es sei zu beachten, dass die konjugierte komplexe Zahl der komplexen Amplitude von gebeugtem Licht, das eine gegebene Ordnung aufweist, durch einen Strich angegeben wird, der über ihrem Symbol hinzugefügt wird. $\begin{matrix} I = & (u_{- 2} + u_{- 1} + u_{0} + u_{+ 1} + u_{+ 2}) \cdot (\bar{u_{- 2}} + \bar{u_{- 1}} + \bar{u_{0}} + \bar{u_{+ 1}} + \bar{u_{+ 2}}) \\ = & u_{- 2} \cdot \bar{u_{- 2}} + u_{- 2} \cdot \bar{u_{- 1}} + u_{- 2} \cdot \bar{u_{0}} + u_{- 2} \cdot \bar{u_{+ 1}} + u_{- 2} \cdot \bar{u_{+ 2}} + \\ u_{- 1} \cdot \bar{u_{- 2}} + u_{- 1} \cdot \bar{u_{- 1}} + u_{- 1} \cdot \bar{u_{0}} + u_{- 1} \cdot \bar{u_{+ 1}} + u_{- 1} \cdot \bar{u_{+ 2}} + \\ u_{0} \cdot \bar{u_{- 2}} + u_{0} \cdot \bar{u_{- 1}} + u_{0} \cdot \bar{u_{0}} + u_{0} \cdot \bar{u_{+ 1}} + u_{0} \cdot \bar{u_{+ 2}} + \\ u_{+ 1} \cdot \bar{u_{- 2}} + u_{+ 1} \cdot \bar{u_{- 1}} + u_{+ 1} \cdot \bar{u_{0}} + u_{+ 1} \cdot \bar{u_{+ 1}} + u_{+ 1} \cdot \bar{u_{+ 2}} + \\ u_{+ 2} \cdot \bar{u_{- 2}} + u_{+ 2} \cdot \bar{u_{- 1}} + u_{+ 2} \cdot \bar{u_{0}} + u_{+ 2} \cdot \bar{u_{+ 1}} + u_{+ 2} \cdot \bar{u_{+ 2}} \end{matrix}$

Die Periode von Interferenzstreifen, die durch jeden Term des zuvor gezeigten Ausdrucks angegeben wird, kann aus den Ausbreitungsrichtungen der beiden gebeugten Lichtarten berechnet werden. Da die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und -1. Ordnung bilden, die Grundperiode P ist, ist die Periode der Interferenzstreifen jedes Terms wie in der nachstehend gezeigten Tabelle angegeben.

Term	Periode der Interferenzstreifen	Kennzeichen der Interferenzstreifen
$u_{- 1} \cdot \bar{u_{+ 1}},$ $u_{+ 1} \cdot \bar{u_{- 1}}$	Grundperiode	Signal komponente
$u_{- 2} \cdot \bar{u_{- 2}},$ $u_{- 1} \cdot \bar{u_{- 1}},$ $u_{0} \cdot \bar{u_{0}},$ $u_{+ 1} \cdot \bar{u_{+ 1}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{+ 2}}$	Nicht moduliert (DC-Komponente)	Unnötige Interferenzstreifen
$u_{0} \cdot \bar{u_{+ 1}},$ $u_{+ 1} \cdot \bar{u_{0}},$ $u_{0} \cdot \bar{u_{- 1}},$ $u_{- 1} \cdot \bar{u_{0}}$	Zweifache Grundperiode
$u_{+ 1} \cdot \bar{u_{+ 2}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{+ 1}},$ $u_{- 1} \cdot \bar{u_{- 2}},$ $u_{- 2} \cdot \bar{u_{- 1}}$	Zweifache Grundperiode
$u_{- 1} \cdot \bar{u_{+ 2}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{- 1}},$ $u_{- 1} \cdot \bar{u_{+ 2}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{- 1}}$	3/2fache Grundperiode
$u_{0} \cdot \bar{u_{+ 2}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{0}},$ $u_{0} \cdot \bar{u_{- 2}},$ $u_{- 2} \cdot \bar{u_{0}}$	Grundperiode
$u_{- 2} \cdot \bar{u_{+ 2}},$ $u_{+ 2} \cdot \bar{u_{+ 2}}$	Halbe Grundperiode

Wie zuvor erklärt, sind die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht 0. Ordnung und das gebeugte Licht +1. Ordnung bilden, und die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht 0. Ordnung und das gebeugte Licht -1. Ordnung bilden, die zweifache Grundperiode P. Daher können ihre Wirkungen durch die zuvor beschriebene Konfiguration beseitigt werden.
Die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und das gebeugte Licht +2. Ordnung bilden, und die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht -2. Ordnung bilden, sind die zweifache Grundperiode P. Daher können ihre Wirkungen durch die zuvor beschriebene Konfiguration beseitigt werden.
Die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht +2. Ordnung bilden, und die Periode der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht +1. Ordnung und das gebeugte Licht -2. Ordnung bilden, sind die 2/3fache Grundperiode P. In diesem Fall wird die Wirkung des unnötigen Interferenzlichts schließlich durch die Anordnung der Licht empfangenden Elemente 11A und 11B beseitigt.
Daher ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, einen Teil der Wirkung der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht +2. Ordnung und das gebeugte Licht -2. Ordnung bilden, d.h. die Wirkung der Interferenzstreifen, die eine Periode der zweifachen Grundperiode P und eine Periode, welche die 2/3fache Grundperiode P ist, zu beseitigen.
Dabei weisen die Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht -2. Ordnung und das gebeugte Licht +2. Ordnung bilden, eine Periode auf, welche die halbe Grundperiode P ist, und die Wirkung der Interferenzstreifen bleibt bestehen ohne beseitigt zu werden. Da jedoch die optischen Intensitäten des gebeugten Lichts -2. Ordnung und des gebeugten Lichts +2. Ordnung wesentlich kleiner ist als die des gebeugten Lichts 0. Ordnung, des gebeugten Lichts -1. Ordnung und des gebeugten Lichts +1. Ordnung, sind ihre Wirkungen relativ gering (oder unerheblich). Daher ist es wie zuvor beschrieben möglich, die Genauigkeit der Positionsdetektion ausreichend zu verbessern, ohne die Wirkung der Interferenzstreifen, die sich durch das gebeugte Licht +2. Ordnung und das gebeugte Licht -2. Ordnung bilden, zu beseitigen, indem die Wirkung beseitigt wird, die durch das unnötige gebeugte Licht verursacht wird, das die anderen Ordnungen aufweist.
Ferner wurde erklärt, dass Interferenzkomponenten, die eine Periode, welche die 2/3fache Grundperiode ist, und eine Periode, welche die zweifache Grundperiode ist, aufweisen, in den obigen Beschreibungen beseitigt werden können. Wenn man jedoch Fälle berücksichtigt, bei denen gebeugte Lichtarten, welche die 3. Ordnung und höher aufweisen, gemischt sind, ist eine Verallgemeinerung möglich, dass Interferenzkomponenten, die Perioden aufweisen, welche die 2/(2×n+1)fache Grundperiode P sind, unter allen gebildeten Interferenzstreifen beseitigt werden können, wobei n eine Ganzzahl nicht kleiner als null ist. D.h. gemäß dieser Konfiguration ist zu verstehen, dass eine Interferenzkomponente, die eine spezifische Periode aufweist, unter den unnötigen Interferenzkomponenten, die durch gemischtes gebeugtes Licht, das hohe Ordnungen aufweist, die höher als die 1. Ordnung sind, beseitigt werden kann.
Wie zuvor beschrieben ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, die Wirkung von unnötigem gebeugten Licht zu reduzieren oder zu verhindern, ohne ein optisches Element oder dergleichen zum Beseitigen des unnötigen gebeugten Lichts hinzuzufügen. Da demnach die räumliche Größe des Wegmesssystems nicht zunimmt, ist dies vorteilhaft für eine Reduzierung der Größe des Wegmesssystems.
Zweites Ausführungsbeispiel
Es wird ein optisches Wegmesssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein geändertes Beispiel der Licht empfangenden Einheit 9 erklärt. 14 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Licht empfangenden Einheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In der Licht empfangenden Einheit 40 sind zwei Detektionsbereiche 41 und 42 in der X-Richtung angeordnet. Es sei zu beachten, dass die Detektionsbereiche 41 und 42 auch jeweils als erste und zweite Licht empfangende Einheiten bezeichnet werden.
Jeder der Detektionsbereiche 41 und 42 weist eine ähnliche Konfiguration wie die der Licht empfangenden Einheit 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 42 sind jedoch gegenüber denen des Detektionsbereichs 41 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht. D.h. die Detektionsbereiche 41 und 42 sind im Verhältnis zueinander in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht, um in der X-Richtung voneinander getrennt zu sein. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den nächstgelegenen Licht empfangenden Elementen in dem Verbindungsteil zwischen den Detektionsbereichen 41 und 42 1,25C.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Detektionsbereich 41 ein A-Phasensignal (0°) ausgeben, und der Detektionsbereich 42 kann ein B-Phasensignal (90°) ausgeben. Dadurch dass ein Phasendifferenzsignal generiert wird, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, eine genauere Positionsdetektion zu erreichen.
Ferner wird ein anderes Beispiel der Konfiguration der Licht empfangenden Einheit erklärt. 15 zeigt schematisch eine andere Konfiguration der Licht empfangenden Einheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In der Licht empfangenden Einheit 50 sind vier Detektionsbereiche 51 bis 54 in dieser Reihenfolge in der X-Richtung angeordnet. Jeder der Detektionsbereiche 51 bis 54 weist eine ähnliche Konfiguration wie die der Licht empfangenden Einheit 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Es sei zu beachten, dass die Detektionsbereiche 51 bis 54 auch jeweils als erste bis vierte Licht empfangende Einheiten bezeichnet werden.
Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 52 sind im Verhältnis zu denen des Detektionsbereichs 51 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht. Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 53 sind im Verhältnis zu denen des Detektionsbereichs 52 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht. Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 54 sind im Verhältnis zu denen des Detektionsbereichs 53 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht. D.h. die Detektionsbereiche 51 bis 54 sind derart angeordnet, dass zwei benachbarte Licht empfangende Einheiten im Verhältnis zueinander in der X-Richtung um einen Abstand verschoben sind, der einem Viertel der Grundperiode P entspricht, um im Verhältnis zueinander in der X-Richtung getrennt zu sein. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den nächstgelegenen Licht empfangenden Elementen in dem Verbindungsteil zwischen zwei benachbarten Licht empfangende Einheiten 1,25C.
Gemäß dieser Konfiguration können die Detektionsbereiche 51, 52, 53 und 54 jeweils ein A-Phasensignal (0°), ein B-Phasensignal (90°), ein A^--Phasensignal (180°) und ein B^--Phasensignal (270°) ausgeben. Somit ist es möglich, ein differentielles A-Phasensignal aus dem A-Phasensignal (0°) und dem A^--Phasensignal (180°) zu generieren und ein differentielles B-Phasensignal aus dem B-Phasensignal (90°) und dem B^--Phasensignal (270°) zu generieren. Durch das Generieren eines Phasendifferenzsignals, wie zuvor beschrieben, ist es möglich, eine genauere Positionsdetektion zu erreichen.
Ferner wird ein anderes Beispiel der Konfiguration der Licht empfangenden Einheit erklärt. 16 zeigt schematisch eine andere Konfiguration der Licht empfangenden Einheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In der Licht empfangenden Einheit 60 sind drei Detektionsbereiche 61 bis 63 in dieser Reihenfolge in der X-Richtung angeordnet. Jeder der Detektionsbereiche 61 bis 63 weist eine Konfiguration auf, die ähnlich wie die der Licht empfangenden Einheit 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Es sei zu beachten, dass die Detektionsbereiche 61 bis 63 auch jeweils als erste bis dritte Licht empfangende Einheiten bezeichnet werden.
Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 62 sind gegenüber denen des Detektionsbereichs 61 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Drittel der Grundperiode P entspricht. Die Licht empfangenden Elemente des Detektionsbereichs 63 sind gegenüber denen des Detektionsbereichs 62 in der X-Richtung um einen Abstand verschoben, der einem Drittel der Grundperiode P entspricht. D.h. die Detektionsbereiche 61 bis 64 sind derart angeordnet, dass zwei benachbarte Licht empfangende Einheiten im Verhältnis zueinander in der X-Richtung um einen Abstand verschoben sind, der einem Drittel der Grundperiode P entspricht, um in der X-Richtung voneinander getrennt zu sein. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den nächstgelegenen Licht empfangenden Elementen in dem Verbindungsteil zwischen zwei benachbarten Licht empfangende Einheiten 4/3C (d.h. 1,3333...C).
Gemäß dieser Konfiguration können die Detektionsbereiche 61, 62 und 63 jeweils ein A-Phasensignal (0°), ein B-Phasensignal (120°) und ein C-Phasensignal (240°) ausgeben. Somit ist es möglich, ein differentielles A-Phasensignal (0°) und ein differentielles B-Phasensignal (90°) durch Kombinieren der Dreiphasensignale zu erzielen und dadurch eine genauere Positionsdetektion zu erreichen.
Andere Ausführungsbeispiele
Es sei zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist und je nach Bedarf geändert werden kann, ohne den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Obwohl das optische Wegmesssystem 100 als durchlässiges Wegmesssystem bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen erklärt wird, ist dies rein beispielhaft. D.h. dass das optische Wegmesssystem 100 natürlich auch als reflektierendes Wegmesssystem aufgebaut sein kann.
Ferner kann bei dem zuvor beschriebenen Wegmesssystem ein Abtastgitter zum Auswählen der Ordnung des sich ausbreitenden gebeugten Lichts zwischen der Lichtquelle und der Skala und/oder zwischen der Skala und der Detektionseinheit angeordnet sein. Ferner kann bzw. können eine oder mehrere optische Vorrichtungen, wie etwa ein Beugungsgitter und eine Linse zum Formen eines Bildes aus dem gebeugten Licht von der Skala, zwischen der Skala und der Detektionseinheit angeordnet sein.
Bei dem zuvor beschriebenen Wegmesssystem gibt es keine bestimmte Einschränkung bezüglich des Abstands zwischen der Skala und der Detektionseinheit. Wenn die optische Vorrichtung, wie etwa ein Beugungsgitter und eine Linse zum Formen eines Bildes aus gebeugtem Licht von der Skala, nicht zwischen der Skala und der Detektionseinheit angeordnet ist, ist der Abstand zwischen der Skala und der Detektionseinheit bevorzugt ein derartiger Abstand, dass sich geeignet Interferenzstreifen an der Detektionseinheit bilden.
Aus der somit beschriebenen Erfindung ist ersichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung vielseitig geändert werden können. Derartige Varianten sind nicht als Geist und Umfang der Erfindung verlassend anzusehen, und alle Änderungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, sind zum Einbezug in den Umfang der folgenden Ansprüche vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2619566 [0004]
JP 4856844 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kazuhiro Hane, et al.: 2, „Optical Encoder Using Metallic Surface Grating“, Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Bd. 64, Nr. 10, 1998 [0006]

Claims

Wegmesssystem, umfassend: eine Skala, in der ein Inkrementalmuster gebildet ist; einen Detektionskopf, der im Verhältnis zu der Skala in einer Messrichtung bewegbar ist, wobei der Detektionskopf konfiguriert ist, um gebeugtes Licht zu detektieren und ein Detektionsergebnis auszugeben, wobei das gebeugte Licht durch Beugung von Licht erzielt wird, das durch das Inkrementalmuster auf die Skala emittiert wird; und eine Signalverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um eine relative Verlagerung zwischen der Skala und dem Detektionskopf basierend auf dem Detektionsergebnis, das durch den Detektionskopf erzielt wird, zu berechnen, wobei der Detektionskopf Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um das Licht auf die Skala zu emittieren; und eine Detektionseinheit, die eine Licht empfangende Einheit umfasst, die eine Vielzahl von Licht empfangenden Elementen, die in der Messrichtung angeordnet ist, umfasst, wobei die Vielzahl von Licht empfangenden Elementen konfiguriert ist, um ein Detektionssignal des gebeugten Lichts von der Skala auszugeben, die Anzahl der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen, die in der Messrichtung angeordnet ist, eine gerade Zahl ist, eine Periode der Anordnung der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen ein ungeradzahliges Vielfaches einer Grundperiode ist, wobei die Grundperiode eine Periode der Interferenzstreifen ist, die sich an der Licht empfangenden Einheit durch gebeugtes Licht +1. Ordnung und gebeugtes Licht - 1. Ordnung von dem gebeugten Licht bilden, und eine Breite des Licht empfangenden Elements in der Messrichtung nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Grundperiode ist.
Wegmesssystem nach Anspruch 1, wobei das gebeugte Licht +1. Ordnung, das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht 0. Ordnung von der Skala auf die Detektionseinheit einfallen.
Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet ist, und aus der Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten zwei nebeneinanderliegende Licht empfangende Einheiten gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Viertel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Wegmesssystem nach Anspruch 3, wobei erste und zweiter Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und die Detektionseinheit ein Detektionssignal, das von der ersten Licht empfangende Einheit ausgegeben wird, an die Signalverarbeitungseinheit als A-Phasensignal ausgibt und ein Detektionssignal, das von der zweiten Licht empfangende Einheit ausgegeben wird, an die Signalverarbeitungseinheit als B-Phasensignal ausgibt.
Wegmesssystem nach Anspruch 3, wobei erste, zweite, dritte und vierte Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und die Detektionseinheit ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an die Signalverarbeitungseinheit ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem A-Phasensignal und einem A^--Phasensignal ist, das differentielle B-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem B-Phasensignal und einem B^--Phasensignal ist, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der ersten Detektionseinheit ausgegeben wird, das A^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der dritten Detektionseinheit ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der zweiten Detektionseinheit ausgegeben wird, und das B^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der vierten Detektionseinheit ausgegeben wird.
Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet ist, und aus der Vielzahl von Licht empfangenden Einheiten, zwei nebeneinanderliegende Licht empfangende Einheiten gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Drittel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Wegmesssystem nach Anspruch 6, wobei erste, zweite und dritte Licht empfangende Einheiten in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in der Detektionseinheit angeordnet sind, und die Detektionseinheit ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an die Signalverarbeitungseinheit ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal und das differentielles B-Phasensignal durch Kombinieren eines A-Phasensignals, eines B-Phasensignals und eines C-Phasensignals generiert werden und Phasen aufweisen, die sich voneinander um 90° unterscheiden, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der ersten Detektionseinheit ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der zweiten Detektionseinheit ausgegeben wird, und das C-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von der dritten Detektionseinheit ausgegeben wird.
Wegmesssystem, umfassend: eine Skala, in der ein Inkrementalmuster gebildet ist; einen Detektionskopf, der im Verhältnis zu der Skala in einer Messrichtung bewegbar ist, wobei der Detektionskopf konfiguriert ist, um gebeugtes Licht zu detektieren und ein Detektionsergebnis auszugeben, wobei das gebeugte Licht durch Beugung von Licht erzielt wird, das durch das Inkrementalmuster auf die Skala emittiert wird; und einen Signalprozessor, der konfiguriert ist, um eine relative Verlagerung zwischen der Skala und dem Detektionskopf basierend auf dem Detektionsergebnis, das durch den Detektionskopf erzielt wird, zu berechnen, wobei der Detektionskopf Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um das Licht auf die Skala zu emittieren; und einen Detektor, der einen Lichtempfänger umfasst, der eine Vielzahl von Licht empfangenden Elementen umfasst, die in der Messrichtung angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Licht empfangenden Elementen konfiguriert ist, um ein Detektionssignal des gebeugten Lichts von der Skala auszugeben, die Anzahl der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen, die in der Messrichtung angeordnet ist, eine gerade Zahl ist, eine Periode der Anordnung der Vielzahl von Licht empfangenden Elementen ein ungeradzahliges Vielfaches einer Grundperiode ist, wobei die Grundperiode eine Periode der Interferenzstreifen ist, die sich an dem Lichtempfänger durch gebeugtes Licht +1. Ordnung und gebeugtes Licht -1. Ordnung von dem gebeugten Licht bilden, und eine Breite des Licht empfangenden Elements in der Messrichtung nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Grundperiode ist.
Wegmesssystem nach Anspruch 8, wobei das gebeugte Licht +1. Ordnung, das gebeugte Licht -1. Ordnung und das gebeugte Licht 0. Ordnung von der Skala auf den Detektor einfallen.
Wegmesssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Vielzahl von Lichtempfängern in der Messrichtung in dem Detektor angeordnet ist, und aus der Vielzahl von Lichtempfängern zwei nebeneinanderliegende Lichtempfänger gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Viertel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Wegmesssystem nach Anspruch 10, wobei erste und zweite Lichtempfänger in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in dem Detektor angeordnet sind, und der Detektor ein Detektionssignal, das von dem ersten Lichtempfänger ausgegeben wird, an den Signalprozessor als A-Phasensignal ausgibt, und ein Detektionssignal, das von dem zweiten Lichtempfänger ausgegeben wird, an den Signalprozessor als B-Phasensignal ausgibt.
Wegmesssystem nach Anspruch 10, wobei erste, zweite, dritte und vierte Lichtempfänger in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in dem Detektor angeordnet sind, und der Detektor ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an den Signalprozessor ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem A-Phasensignal und einem A^--Phasensignal ist, wobei das differentielle B-Phasensignal ein Differenzsignal zwischen einem B-Phasensignal und einem B^--Phasensignal ist, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem ersten Detektor ausgegeben wird, das A^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem dritten Detektor ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem zweiten Detektor ausgegeben wird, und das B^--Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem vierten Detektor ausgegeben wird.
Wegmesssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Vielzahl von Lichtempfängern in der Messrichtung in dem Detektor angeordnet ist, und aus der Vielzahl von Lichtempfängern zwei nebeneinanderliegende Lichtempfänger gegenseitig um einen Abstand verschoben sind, der einem Drittel der Grundperiode entspricht, um in der Messrichtung voneinander getrennt zu sein.
Wegmesssystem nach Anspruch 13, wobei erste, zweite und dritte Lichtempfänger in dieser Reihenfolge in der Messrichtung in dem Detektor angeordnet sind, und der Detektor ein differentielles A-Phasensignal und ein differentielles B-Phasensignal an den Signalprozessor ausgibt, wobei das differentielle A-Phasensignal und das differentielle B-Phasensignal durch Kombinieren eines A-Phasensignals, eines B-Phasensignals und eines C-Phasensignals generiert werden und Phasen aufweisen, die sich voneinander um 90° unterscheiden, wobei das A-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem ersten Detektor ausgegeben wird, das B-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem zweiten Detektor ausgegeben wird, und das C-Phasensignal ein Detektionssignal ist, das von dem dritten Detektor ausgegeben wird.