JP2002543375A - 光学位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 測定部分とその部分に対して測定方向に移動可能な走査ユニットを包含する光学位置測定装置に関する。さらに、走査ユニットには光源、光源から距離Ｄ_LQに離れて配置された送信部分、走査ユニットと測定部分の相対運動の場合に縞模様周期Ｐ_SMを備える周期的縞模様が生じる部分周期Ｐ_ATを備える走査部分、並びに個々の検出器要素から成る複数のブロックを備えて走査部分から距離Ｄ _DET に離れて配置された検出器装置が付属されており、ブロックは測定方向において検出器周期Ｐ_DET により周期的に配置されている。送信部分は測定部分から距離ｕを有する。測定部分は走査部分から距離ｖを有する。検出器周期Ｐ_DET はＰ_DET ＝ｍ＊Ｉ＊Ｐ_V の関係によって選定されて、 この関係には、ｍ＝〔１＋Ｄ_DET ／（ｕ＋ｖ＋Ｄ_LQ）〕とＩ＝１，２，３，..... が適用される。Ｐ_V により走査部分に平面におけるバ−ニア周期が指示され、その周期は、１／Ｐ_V ＝│１／Ｐ_SM−１／Ｐ_AT │により得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は光学位置測定装置、特に所謂四グリット測定システムに関する。

【０００２】 この種の位置測定装置は通常には光源、その光源の前に配置された送信部分、
測定部分、走査部分並びに４番目の部分を形成する若干の検出器要素から成る一
個の周期的構造を備える検出器装置を有する。この場合に光源、送信部分、走査
部分、並びに検出器装置は通常には走査ユニット内に配置されており、その走査
ユニットは所定の測定方向において測定部分に対して移動できる。この場合にこ
の種のシステムは透過光システムとして並びに照明光システムとして説明され得
て、直線型装置と同様に回転型装置が実現され得る。国際特許公開第９７／１６
７０４号明細書には例えば一致した測定装置が開示されている。検出器装置の寸
法に関してこの印刷物はそれ以上の示唆を有しない。

【０００３】 ＳＰＩＥの 136巻の度量衡法に適用された光学の第１回欧州会議（1977年）の
325頁− 332頁におけるＲ．Ｍ．ペッテイグル−（Pettigrew)著の”グリット画
像形成の分析とその変位度量衡法への適用”の名称の刊行物から、同様に複数グ
リット発信器の最も異なった変形態様が知られる。この刊行物の 328頁には、一
個の複数グリット発信器における写像比（Abbildungsverhaltniss)が論じられ、
この発信器には発散性照明が設けられている。この場合に発散性照明には、使用
された光源がコリメ−タレンズの後に配置されていない、即ち光源から照射され
た光束が光路における第一部分に正確に平行に当たらないことが記載されている
。この場合に写像比の議論は、光路における拡大係数が一個の装置により求めら
れ、装置では拡大係数が測定部分平面から出発して中心区画から求められる結果
を導く。拡大係数は、検出器装置或いは検出器要素の最適幾何学寸法より発散性
照明を備えるシステムにて重要なパラメ−タに関して光路における拡大係数の知
識に依存する。けれども、実際には光路モデルが前記刊行物に提案されるように
発生した走査信号の悪い変調度を有する四グリット測定システムを導くことが示
されている。

【０００４】 それ故に、この発明の課題は、上記問題を出来る限り最小にされる四グリット
測定システムに基づく光学位置測定装置を提供することである。特に、この種の
位置測定装置においてそれぞれシステム必要条件に最適化された、位置依存走査
信号の十分な変調度を保証する構成を提供することである。

【０００５】 この課題は、請求項１の特徴を備える光学位置測定装置によって解決される。 この発明による光学位置測定装置の好ましい実施態様は従属請求項に記載され
ている手段から明らかになる。

【０００６】 この発明による手段は、発散性照明を備える四グリット原理に基づく光学位置
測定装置の任意のシステム構成のために、検出器装置の最適化された構成が挙げ
られ得ることを保証する。これにより、特に位置依存走査信号の良好な変調度が
保証される。

【０００７】 さらに、上記拡大係数の正確な知識は、走査距離に関する所定許容差を保証す
るこの発明の位置測定装置の寸法を許容する。その結果として、信号特性が極め
て否定的に影響されなく、理想走査距離からの現実走査距離の偏向を可能とする
。

【０００８】 この発明による四グリットシステムの他の利点として、この場合に検出器装置
がその装置に対して移動可能な測定部分に直接に隣接して配置されていないこと
が記載されている。走査ユニット内には検出器装置の前にむしろ走査部分が配置
されていて、測定操作中に測定部分によって検出器装置を偶発的損傷から保護す
る。

【０００９】 無論、この発明による位置測定装置は照明システムとしても、透過光システム
としても、実現し得る。同様に、この発明により直線型装置も、回転型装置も構
成することが可能である。

【００１０】 この発明による光学位置測定装置の他の利点並びに詳細は添付図面に基づく複
数の実施例の次の説明から明らかになる。図１はこの発明による位置測定装置の
概略図を拡大図示で示し、図２はこの発明による位置測定装置の適した検出器装
置の実施例の平面図を示し、図３−６はシステムのそれぞれに関連したパラメ−
タが説明されるこの発明による位置測定装置の部分のそれぞれに別の概略図を示
す。

【００１１】 図１には、この発明による位置測定装置が拡大図示で示され、その図に基づい
て次の重要な幾何学的パラメ−タが説明されている。すでに、ここで、図１にお
ける図示が勿論、縮尺に従って訂正されなく、むしろ概略態様で個々の幾何学的
パラメ−タを説明するのに役立つことが指摘されている。

【００１２】 既に上記されたように、この発明による位置測定装置は、所謂四グリット測定
装置として形成され、光源ＬＱ，送信部分ＳＴ，基準部分ＭＴ，走査部分ＡＴ並
びに周期的に構成された検出器装置Ｄを包含する。その結果として、位置測定装
置の第４部分或いは第４グリットが周期的検出器装置Ｄにより形成される。

【００１３】 図１に示唆されるように、光源ＬＱ，送信部分ＳＴ，走査部分ＡＴ並びに検出
器装置は共通の走査ユニットＡ内に配置されていて、測定方向ｘにおける測定部
分ＭＴに対して移動できる。図１における走査ユニットＡの図示は選択された測
定方向ｘにて完全には正確でなく、むしろどんな成分が走査ユニットＡの一部で
あるかを具体的に説明するためにのみ選ばれている。

【００１４】 ここで、より良い見通しの理由から図１に具体的に説明された透過光態様の外
にこの発明による位置測定装置の一致して形成された照明態様が実現できること
が指摘されている。この種の態様において、本質的相違は、反射する測定部分Ｍ
Ｔが必要であるけれども、図１では透過光測定部分ＭＴが設置されていることで
ある。照明測定部分の場合には、さらに測定部分ＭＴとＡＴが特に共通に透明な
支持体或いは基体に配置されている。

【００１５】 この発明による位置測定装置は例えば正確な位置決めのために数値制御された
工作機械に配置され得る。この為に走査ユニットＡと測定部分ＭＴは一致した互
いに移動可能な成分と連結されている。発生された位置依存出力信号は数値工作
機械制御に更なる加工を導入される。

【００１６】 位置測定装置の検出器装置Ｄは全部でＭ個の周期的に配置されたブロックＢ1
−ＢＭを包含し、ブロックはそれぞれにｋ個の別々の検出器要素を備えていて；
示された例ではＭ＝５とｋ＝４が選択されている。検出器要素のブロックＢ1 の
検出器周期は引き続いての説明の進行においてＰ_DET で指示されている。ブロッ
クＢ1 −Ｂ5 の個々のｋ個の検出器要素は図１の概略図には記載されていない。
検出器装置Ｄの正確な構成に関しては、図２の次の説明に指摘されている。

【００１７】 図１によると、Ｄ_LQにより光源ＬＱと送信部分ＳＴの間の距離が指示されてい
る。光源ＬＱは測定方向ｘにおいて膨張部ｘ_LQを有する。値ｕは送信部分ＳＴと
測定部分ＭＴの間の距離を指示し；それに対して値ｖは測定部分ＭＴと走査部分
ＡＴの間の距離を指示する。Ｄ_DET により走査部分ＡＴと検出器装置Ｄの間の距
離を指示されている。値Ｐ_ST, Ｐ_MTとＰ_ATはそれぞれに送信部分ＳＴ、測定部分
ＭＴと走査部分ＡＴの部分周期を指示する。

【００１８】 透過光システムの図示された場合には、勿論、送信部分ＳＴと測定部分ＭＴの
間の距離ｕと測定部分ＭＴと走査部分ＡＴの間の距離ｖとは互いに不等に選定さ
れる。これに対して照明システムでは、通常はｕ＝ｖが測定部分ＭＴからそれぞ
れ隣接した部分ＳＴとＡＴまでの距離と見なされる。

【００１９】 光源ＬＱから射出された光束は異なった部分ＳＴとＭＴを通過して、走査部分
ＡＴの平面にて縞模様周期Ｐ_SMをもつ周期的縞模様Ｓを形成する。縞模様Ｓは走
査ユニットＡと測定部分ＭＴの相対移動の場合に変位依存変調を受けて、その変
調が結局は測定部分ＭＴと走査ユニットＡのそれぞれの相対位置を求めるために
組み入れられる。この場合に周期的に構成された走査部分ＡＴによって縞模様Ｓ
の所謂バ−ニア走査が行われる；これについて図３の図示に示唆されている。こ
の場合に使用された走査部分ＡＴは部分周期Ｐ_ATを有し、その周期は縞模様Ｓの
周期Ｐ_SM並びに送信部分ＳＴと測定部分ＭＴの部分周期Ｐ_ST, Ｐ_MTとは相違して
いる。この時に走査部分ＡＴの隣接した透過領域を通して、模様Ｓの光部分が到
達する。幾つかの光部分は光電子検出器要素を介して定義された相対位相符号を
備える電気信号部分或いは部分走査信号ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 に変換される。例
えば、走査部分ＡＴの隣接した透過領域を通して、検出器装置Ｄの方向における
それぞれ９０°位相変位をもつ光部分が到達する、これは図３に示唆されている
。走査部分ＡＴの透過領域の各領域は更に正確に検出器装置Ｄの別々のｋ個の検
出器要素の一つに付属されている。それ故に、さらに、検出器装置Ｄの側面にお
ける各検出器要素は光部分の一部を捕らえ、定義された位相符号を備える部分走
査信号ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 の一つの信号を発生する。検出器要素は、次に図２
に基づいて説明されるように、検出器装置Ｄの側面において或いは走査ユニット
Ａにて適当に切り換えられるので、結局は走査信号Ｓ0 −Ｓ27は、更に処理する
ために後配置されて図示されない評価ユニットに伝達され得る。

【００２０】 この発明によると、現在では、検出器装置Ｄの周期性、即ち検出器周期Ｐ_DET は精密な位置依存走査信号の発生と関連して重大な意味を有することが知られて
いた。最適検出器周期Ｐ_DET はこの発明によると、位置測定装置の特定幾何学パ
ラメ−タに依存して次の式（１）により与えられる： Ｐ_DET ＝ ｍ＊Ｉ＊Ｐ_V （式１） この場合に、パラメ−タｌにはＩ＝１，２，３，．．．を適用する。 次に拡大係数と呼ばれた値ｍは、次の式（２）により生じる： ｍ＝〔１＋Ｄ_DET ／（ｕ＋ｖ＋Ｄ_LQ）〕 （式２） 上記に示唆されるようにｕ＝ｖが選定されるならば、（式２’）が生じる： ｍ＝〔１＋Ｄ_DET ／（２＊ｕ＋Ｄ_LQ）〕 （式２’）

【００２１】 式（１）に入れる値Ｐ_V は次にバ−ニア周期として記載される。値Ｐ_V を明白
に解説するために新たに図３に示唆される。

【００２２】 Ｉ＝１の場合に図３の図示によりバ−ニア周期Ｐ_V は走査部分ＡＴの平面にお
けるその周期性を記載し、その周期性によって測定方向ｘにおける位相変位され
た部分走査信号ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 の数倍発生が可能である。Ｐ_V はＩ＝１を
備える示された例では走査部分ＡＴの平面におけるその距離を明白に図示し、そ
の距離を介して４個の位相変位された部分走査信号ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 が４個
の隣接した透過領域から得られる。図示された例では、その結果として、 Ｐ_V ＝４＊Ｐ_AT である。

【００２３】 一般に、走査部分ＡＴの平面におけるバ−ニア周期Ｐ_V は、縞模様周期Ｐ_SMに
依存して次の式（３）により明らかになる： １／Ｐ_V ＝ │１／Ｐ_SM−１／Ｐ_AT │ 式（３） この場合にｋ個の３６０°／ｋだけの位相変位された部分走査信号が発生され
るならば、走査部分の透過領域からバ−ニア周期_SMの特定検出器要素までの正確
な付属の際にバ−ニア周期_SMは式（３’）により明らかになる： Ｐ_V ＝ 〔（ｋ＊ｐ）／Ｉ±１〕＊Ｐ_SM 式（３’） 式（３’）の場合に、走査部分の部分周期は式（４）により選定される： Ｐ_AT ＝ 〔１±Ｉ／（ｐ＊ｋ）〕＊Ｐ_SM 式（４） この場合に、式（３）と式（４）には、ｐ＝１，２，３，．．が適用され、更
に、Ｉはｋで整除できない数に選定すべきである。 パラメ−タｋはこれらの式で検出された幾つかな位相位置の数を指示する；パ
ラメ−タＩは一つの検出器周期に付属されたバ−ニア周期の数を記述し、一方、
パラメ−タｐはさらに一個の検出器要素に付属されている走査区分或いは走査間
隔の数を特定する。

【００２４】 この場合に、ｐ＞１に選定されるならば、一つの走査周期Ｐ_AT内には複数の走
査間隔或いは透過領域が配置され得る。この場合に、隣接した走査間隔の距離
ｄ_ASは好ましい実施態様では、ｄ_AS＝ｗ＊Ｐ_SMであり、ｗ＝０，１，２，．．．
ｐ−1 を備える。この種の構成はそれぞれに一個の検出器要素に複数の同じ位相
の走査間隔を付属することを許容する。 図６はこの種の実施例の走査平面並びに検出器平面の一部における概略平面図
を示す。この場合に、検出器要素Ｄ当たり二個づつの走査間隔ＡＳが設けられて
いる。一致する数字上の実施例は次に説明の進行でなお説明される。

【００２５】 式（２）の導入の場合に、即ち拡大係数ｍの正確な決定の際に、この発明によ
ると、導入のために基礎になった中心区分の中心が光源ＬＱの平面に位置するこ
とが前提とされていた。それに対して上記に引用されたＲ．Ｍ．ペッテイグル−
（Pettigrew)著の刊行物は、測定部分ＭＴの平面に位置する中心から出発するこ
とを暗示する。けれども、この手段は実際の設置には大き過ぎる位置測定装置用
の検出器周期Ｐ_DET を与える。それにより、特に大きな走査区分の際に低過ぎる
走査信号の変調度が生じるだろう。 それに対して、検出器周期Ｐ_DET が上記式（１）と（２）により選定されるな
らば、出力信号の高い変調度における大きな走査区分が走査され得る。さらに、
大きな走査区分は偶発的汚染に対して明白に高い無感受性を提供する。

【００２６】 適した検出器装置Ｄの好ましい構成を図２が検出器平面の平面図で示す。検出
器装置Ｄの図示された実施態様は４つの変位に依存して変調された出力信号Ｓ0,
Ｓ90, Ｓ180,とＳ270 を発生するのに用いられ、それら出力信号はそれぞれに９
０°だけ互いに位相変位されている。勿論、本発明の範囲内で一致する修正され
た態様が実現でき、この態様は出力信号間におよそ他の位相符号を与える。

【００２７】 検出器装置Ｄの側面には、図２の例では全部でＭ＝５個のブロックＢ1 −Ｂ5
がそれぞれに複数の別々の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20を測定方向ｘにおいて周期的に
配置されている。この実施例では、ブロックＢ1 −Ｂ5 当たりそれぞれにｋ＝４
個の別々の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20が設けられていて、それら検出器要素は一緒に
同じに形成されている。全部では例はｎ＝20個の別の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20を包
含する。検出器要素Ｄ1 −Ｄ20はそれぞれに互いに距離ｄ_EDに配置されており、
隣接した検出器要素Ｄ1 −Ｄ20の距離ｄ_EDも全検出器装置Ｄを介して同じに選定
されている。各検出器要素Ｄ1 −Ｄ20は細い長方形を有し、長方形長手軸線が検
出器平面で測定方向ｘに垂直に、即ち指示されたｙ方向に配向されている。周期
的縞模様Ｓの走査の場合に検出器要素当たり一つの特定位相位置を備える一つの
部分走査信号ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 が発生される。

【００２８】 検出器周期Ｐ_DET は、この発明によると、前に論じられた式（１）と（２）に
一致して選定されて、その結果として、図２に認識できるように、４個の検出器
要素Ｄ1 −Ｄ20を備えるブロックＢ1 −Ｂ5 の長さを指示する。その結果として
、Ｍ＝５個のブロックＢ1 −Ｂ5 を備える図示された装置の場合には、検出器装
置Ｄにおける長さは、 Ｌ_DET ＝ Ｍ＊Ｐ_DET ＝５＊Ｐ_DET −ｄ_ED として生
じる。

【００２９】 同様に図２に認識できるように、図示された実施態様では、各ｋ番目の、即ち
各４番目の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20が互いに連結されている、即ち左から第１番目
の検出器要素Ｄ1 は左から第５番目の検出器要素Ｄ5 と連結され、第９番目、第
13番目と第17番目検出器要素Ｄ9 , Ｄ13, Ｄ17と連結されている。これに類似し
て他の検出器要素が互いに連結されている。その結果として、全部でｋ＝４グル
−プのそれぞれ互いに平行に接続された検出器要素Ｄ1 −Ｄ20が存在し、示され
た装置の場合にそれぞれ９０°だけ位相変位された出力信号Ｓ0,Ｓ90, Ｓ180,と
Ｓ270 を与える。出力信号Ｓ0,Ｓ90, Ｓ180,とＳ270 は検出器装置Ｄの示唆され
た接触パッドにて検索できる。その結果として、各グル−プの接続された検出器
装置Ｄは特定位相符号を備える出力信号を与えて、この実施態様におけるｋ＝４
個の異なるグル−プの位相位置はそれぞれに９０°だけ相違している。

【００３０】 代用の実施態様において例えばｋ＝３が選択され得て、それによると、出力信
号間の１２０°の位相変位が生じるだろう。その結果として、原則的にはパラメ
−タｋに依存して接続された検出器装置Ｄのｋ個の異なるグル−プの出力信号間
の３６０°／ｋだけの位相変位が明らかになる。

【００３１】 一般の場合には、ブロック当たりそれぞれｋ個の別々の検出器要素が等間隔の
距離ｄ_EDに配置されている。隣接した検出器要素の中心位置間の距離ｘ_EDは、 ｘ_ED＝ｄ_ED＋ｂ_ED になる。ｄ_ED或いはｂ_EDにより図２によると、個々の検出
器要素の距離或いは幅が指示される。

【００３２】 一つのグル−プの隣接した検出器要素間の距離、即ち第１と第５番目の検出器
要素Ｄ1 ，Ｄ5 間の距離、第５と第９番目の検出器要素Ｄ5 ，Ｄ9 間の距離など
はそれぞれに検出器周期Ｐ_DET の整数の数倍に達する。図２の図示された例では
、この距離はそれぞれに一個の単一検出器周期Ｐ_DET になる。

【００３３】 検出器装置Ｄの好ましい構成における他の重要なパラメ−タは、個々の検出器
要素Ｄ1 −Ｄ20の幅ｂ_ED、即ち測定方向ｘにおける長方形状検出器要素Ｄ1 −Ｄ
（Ubersprechen)20 の幅である。この場合に特に隣接した位相変位された検出器
要素間のダビングが出来るだけ回避されると言う要求が重要である。これは、結
局、走査部分の透過領域から特定検出器要素までの信号部分の位相位置の定義さ
れた配分が常に保証されていることを意味する。

【００３４】 ブロックＢ1 −Ｂ5 と一つの検出器周期Ｐ_DET とに当たりにｋ＝４個の検出器
要素を備える場合には、その結果として、個々の検出器要素用の最大幅ｂ_EDが
Ｐ_DET ／４ になる。この場合に確かに各個々の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20は最大信
号強度を記憶される；けれども、隣接した検出器要素間の出来るだけ僅かなダビ
ングを求める上記要求は、特定事情の下では、即ち特定付与範囲条件の下では選
定された幅でいつも満たされてはいない。

【００３５】 本発明の範囲内で、さらに、個々のｎ番目の検出器要素Ｄ1 −Ｄ20の最適化さ
れた幅ｂ_ED,nがこの種の位置測定装置の幾つかのシステムパラメ−タに依存して
求めるべきであることが認められていた。次に記載された式（５）は第ｎ番目の
検出器要素の検出器要素幅ｂ_ED,nを与えて、隣接した検出器要素Ｄ1 −Ｄ20間の
出来るだけ僅かなダビングを求める要求と各検出器要素Ｄ1 −Ｄ20により記憶さ
れる出来るだけ高い信号強度との間の良好な妥協を図示する。その上に、それは
、同時に回避するダビングにて十分な光度を保証するために、検出器装置Ｄにお
ける全部でｎ個の検出器要素の各個々の検出器要素の最小幅を指示し得る： ｂ_ED,n≧（tan α_max −tan α_min ）＊Ｄ_DET 式（５） この場合に α_min ＝〔（arctan（ｘ_AS,N＋Ｐ_SM／２−ｘ_LQ／２）〕／（２＊ｕ＋Ｄ_LQ）〕 −arcsin（ｑ＊λ／Ｐ_MT） 式（５．1 ）と α_max ＝〔（arctan（ｘ_AS,N＋Ｐ_SM／２＋ｘ_LQ／２）〕／（２＊ｕ＋Ｄ_LQ）〕 ＋arcsin（ｑ＊λ／Ｐ_MT） 式（５．2 ） が適用され、この場合に、 ｘ_AS,Nは光学軸ＯＡからＮ番目の走査間隔ＡＳの距離であり、 ｘ_LQは測定方向ｘにおける光源の膨張部であり、 ｕは送信部分と測定部分の間或いは測定部分と走査部分の間の距離であり、 Ｄ_LQは光源と送信部分との間の距離であり、 λは使用された光源の波長であり、 ｑは主に信号の取得に寄与する測定部分における回折次数（Beugungsordnung)
（０、１、２．．．．）であり; 実際には０と＋／−１の回折次数が信号の取得
に寄与し、 Ｐ_MTは測定部分の部分周期である。

【００３６】 さらに、式（５），（５．1 ）と（５．2 ）にはｕ＝ｖを備える場合、即ち照
明システムが記載されていることが指摘されている。勿論、この関係はｕ≠ｖの
場合に問題はなく修正され得る。

【００３７】 式（５）に入れられた角度α_min とα_max は明白に解説され得る。この関係は
図５に指示されている。α_min とα_max によってそれぞれに光線が配分される送
信部分ＳＴにおける垂線に対する角度が記載され、光線は膨張された光源ＬＱの
縁から出て走査部分ＡＴの共通透過領域を通って入射して、同じ検出器要素に命
中する。

【００３８】 最終的に位置測定装置の二つの具体的実施例が記載されていて、検出器装置に
おけるパラメ−タＰ_DET とｂ_EDが上記説明された本発明による熟考に基づいて求
められた。記載された変形態様は主としてそれぞれに選定された光源を相違して
いる。

【００３９】 ほぼ点状光源ＬＱを備える第一実施例において次のパラメ−タが挙げられてい
る： ｘ_LQ ＝ ０．１ｍｍ Ｄ_LQ ＝ ０．２ｍｍ Ｄ_DET ＝ ０．２ｍｍ ｕ＝ｖ ＝ ０．８ｍｍ Ｐ_MT ＝ ２０ μｍ Ｐ_ST ＝ ４０ μｍ Ｐ_AT ＝ ５０ μｍ Ｐ_SM ＝ ４０ μｍ Ｐ_V ＝ ２００μｍ

【００４０】 走査部分の側面には透過領域の幅が２０μｍに選定され、不透過領域の幅が３
０μｍに選定されていた。 検出器周期Ｐ_DET は両式（１）と（２）によってこれら値から引き出される： Ｐ_DET ＝ ２３２μｍ 光軸線に対して直接に隣接して配置されている個々の検出器要素の最適幅
ｂ_ED,nは、他のパラメ−タ， ｘ_N ＝ ０ （光軸線上の検出器要素） ｄ_ED ＝ １３μｍ ｑ ＝ ０ λ ＝ ８６０ｎｍ により明らかになり、値ｂ_ED,0は式（５），（５．1 ）と（５．2 ）によって ｂ_ED,0 ＝ ４５μｍ となる。

【００４１】 この値は信号取得部でのｑ＝０並びに＋／−１の回折次数を考慮の際に最適検
出器幅を示す。実際には、発生された走査信号に関して高調波部分の濾過が達成
されるから、ダビングの発生は他の関連された回折次数に基づいて許容される。
この場合に＋／−２の回折次数のちょっとしたダビングが重要である。

【００４２】 この発明による装置の第二の数字上の実施例において、膨張された光源ＬＱが
設置される、即ち値ｘ_LQは前記例におけるより明白に大きく選定される。システ
ムの付与パラメ−タとして： ｘ_LQ ＝ ０．３５ｍｍ Ｄ_LQ ＝ ０．３ｍｍ Ｄ_DET ＝ ０．３５ｍｍ ｕ＝ｖ ＝ ０．８ｍｍ Ｐ_MT ＝ ２０ μｍ Ｐ_ST ＝ ４０ μｍ Ｐ_AT ＝ ４５ μｍ Ｐ_SM ＝ ４０ μｍ Ｐ_V ＝ ３６０μｍ が挙げられている。

【００４３】 この場合に走査部分は、二つの走査部分周期内に、即ち２＊Ｐ_AT＝９０μｍ内
に二つの透過領域或いは走査間隔が２０μｍのその時々の幅を設けているような
寸法に形成されていた。図６はこの例の検出器要素Ｄ1 −Ｄ5 を備える検出器平
面の付属された断面図並びに走査部分ＡＴの一部の平面図を示す。

【００４４】 検出器周期Ｐ_DET は両式（１）と（２）によってこれら値から引き出される： Ｐ_DET ＝ ４１７μｍ

【００４５】 走査部分のこの種の構成では、走査部分におけるｎ＊Ｐ_AT走査部分周期当たり
両透過領域ＡＳ1 _, ＡＳ2 _,.... に検出器装置の側面上の更に最適化された幅
ｂ_ED,nを備える検出器要素Ｄ1 −Ｄ5 が付属されている。例えば両走査間隔ＡＳ
1 とＡＳ2 に検出器要素Ｄ1 が付属されている。良好な変調度を保証するために
、その結果として位相同一信号を検出する両走査間隔ＡＳ1 とＡＳ2 の距離が同
じくＰ_SMに選定される。

【００４６】 別々のｎ個の検出器要素Ｄ1 −Ｄ5 の最適にされた幅ｂ_ED,nは、さらに前記例
におけるように式（５），（５．1 ）と（５．2 ）によって求められる。 更にこのために必要とするパラメ−タ ｘ_N ＝ ０ （光軸線上の検出器要素） ｄ_ED ＝ １３．５μｍ ｑ ＝ ０ λ ＝ ８６０ｎｍ によって、求められた値ｂ_ED,0は式（５），（５．1 ）と（５．2 ）によって ｂ_ED,0 ＝ ９１μｍ となる。

【００４７】 式（５．1 ），（５．2 ）と（５）から明らかになるように、膨張された光源
は、個々の検出器要素の間の前記ダビングを回避するために、基本的に大きなバ
−ニア周期Ｐ_V を準備すべきであるように作用する。それに応じて第一の変形態
様と異なってこの実施例では走査部分の部分周期Ｐ_ATが選定されていた。

【００４８】 説明された例の外に、勿論、本発明の範囲内で多数の他の実施可能性が存在す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による位置測定装置の概略図を拡大図示で示す。

【図２】 この発明による位置測定装置の適した検出器装置の実施例の平面図を
示す。

【図３】 システムのそれぞれに関連したパラメ−タが説明されるこの発明によ
る位置測定装置の部分のそれぞれに別の概略図を示す。

【図４】 システムのそれぞれに関連したパラメ−タが説明されるこの発明によ
る位置測定装置の部分のそれぞれに別の概略図を示す。

【図５】 システムのそれぞれに関連したパラメ−タが説明されるこの発明によ
る位置測定装置の部分のそれぞれに別の概略図を示す。

【図６】 システムのそれぞれに関連したパラメ−タが説明されるこの発明によ
る位置測定装置の部分のそれぞれに別の概略図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルツアプフェル・ヴォルフガング ドイツ連邦共和国、83119 オービング、 グロッテンヴェーク、２ (72)発明者 マイヤー・エルマル ドイツ連邦共和国、83365 ヌスドルフ、 アム・ヘルベルク、５ Ｆターム(参考） 2F065 AA01 FF15 FF48 LL28 UU07 2F103 CA01 CA02 CA03 DA01 DA12 EA02 EA15 EB01 EB16

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定部分（ＭＴ）とそれに対して相対的に測定方向（ｘ）に
   移動可能な走査ユニット（Ａ）とから成り、 ａ）走査ユニット（Ａ）は次の成分ａ1)−ａ4 ）を包含し、 ａ1 ）光源（ＬＱ）， ａ2 ）光源（ＬＱ）から距離Ｄ_LQに離れて配置された送信部分（ＳＴ）， ａ3 ）走査ユニット（Ａ）と測定部分（ＭＴ）の相対移動の場合に縞模様周期
   Ｐ_SMを備える周期的縞模様（ＳＭ）を生じる部分周期Ｐ_ATを備える走査部分（Ａ
   Ｔ）， ａ4 ）ブロック（Ｂ1 −Ｂ5 ）が測定方向（ｘ）に検出器周期Ｐ_DET により周
   期的に配置されていて、個々の検出器要素（Ｄ1 −Ｄ20）から成るブロック（Ｂ
   1 −Ｂ5 ）を備えて、走査部分（ＡＴ）から距離Ｄ_DET に離れて配置された検出
   器装置（Ｄ）， ｂ）送信部分（ＳＴ）は測定部分（ＭＴ）から距離ｕを有し、 ｃ）走査部分（ＡＴ）は測定部分（ＭＴ）から距離ｖを有し、そして ｄ）検出器周期Ｐ_DET は、次の関係に基づいて選定される、 Ｐ_DET ＝ｍ＊Ｉ＊Ｐ_V ここで ｍ＝〔１＋Ｄ_DET ／（ｕ＋ｖ＋Ｄ_LQ）〕 そして Ｉ＝１，２，３，．．．．， バ−ニア周期と呼ばれる値Ｐ_V は次の式に基づいて与えられる、 １／Ｐ_V ＝ │１／Ｐ_SM−１／Ｐ_AT│ ことを特徴とする光学位置測定装置。
2. 【請求項２】 ｋから３６０°／ｋだけ位相を変位された部分走査信号の場
   合にバ−ニア周期Ｐ_V は次の式により選定されて、 Ｐ_V ＝ 〔（ｋ＊ｐ）／Ｉ±１〕＊Ｐ_SM ここで Ｐ_AT ＝ 〔１±Ｉ／（ｐ＊ｋ）〕＊Ｐ_SM を備え、 そして ｐ＝１，２，３，．．であり且つＩがｋで整除できない数に選定すべ
   きであることを特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
3. 【請求項３】 検出器装置（Ｄ）はそれぞれｋ個の個々の検出器要素（Ｄ1
   −Ｄ20）を備えるＭ個のブロック（Ｂ1 −Ｂ5 ）を有し、そして隣接した検出器
   要素（Ｄ1 −Ｄ20）の中心位置の距離ｘ_EDは次の式により選定される、 ｘ_ED ＝ Ｐ_DET ／ｋ
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
4. 【請求項４】 検出器装置（Ｄ）のそれぞれｋ番目の検出器要素（Ｄ1 −Ｄ
   20）は互いに連結されているので、検出器装置（Ｄ）では３６０°／ｋの位相変
   位を備えたｋ個の部分走査信号（ＴＡＳ0 −ＴＡＳ270 ）が隣接していることを
   特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
5. 【請求項５】 測定方向（ｘ）におけるｎ個の検出器要素（Ｄ1 −Ｄ20）の
   それぞれは幅 ｂ_ED,n≧（tan α_max −tan α_min ）＊Ｄ_DET を有し、 α_min ＝〔（arctan（ｘ_AS,N＋Ｐ_SM／２−ｘ_LQ／２）〕／（２＊ｕ＋Ｄ_LQ）〕 −arcsin（ｑ＊λ／Ｐ_MT） α_max ＝〔（arctan（ｘ_AS,N＋Ｐ_SM／２＋ｘ_LQ／２）〕／（２＊ｕ＋Ｄ_LQ）〕 ＋arcsin（ｑ＊λ／Ｐ_MT） を備え、この式で、 ｘ_AS,Nは光学軸ＯＡからＮ番目の走査間隔ＡＳの距離であり、 ｘ_LQは測定方向ｘにおける光源の膨張部であり、 ｕは送信部分と測定部分の間或いは測定部分と走査部分の間の距離であり、 Ｄ_LQは光源と送信部分との間の距離であり、 λは使用された光源の波長であり、 ｑは主に信号の取得に寄与する測定部分における回折次数（０、１、２．．．
   ．）であり、 Ｐ_MTは測定部分の部分周期である ことを特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
6. 【請求項６】 ブロック（Ｂ1 −Ｂ5 ）当たりｋ＝４個の個々の検出器要素
   （Ｄ1 −Ｄ20）がこの種の距離に互いに配置されているので、隣接した検出器要
   素（Ｄ1 −Ｄ20）は９０°だけ位相変位された部分走査信号（ＴＡＳ0 −ＴＡＳ
   270 ）を供給することを特徴とする請求項３に記載の光学位置測定装置。
7. 【請求項７】 検出器装置の面上の一個の検出器要素（Ｄ1 −Ｄ20）には走
   査部分の複数の透過性領域（ＡＳ1 ，ＡＳ2 ）が付属されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の光学位置測定装置。