JP2006220655A - 位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 測定方向(x)に対して互いに相対的に動く形に配置された基準尺10と走査ユニット20を有する。 基準尺10には、少なくとも一つのインクリメンタル目盛トラック11が配置されており、少なくとも一つの基準位置(xREF )に、目盛領域の非周期的な配列で構成される基準指標(REF)を有する。 走査ユニット20は、コリメーターレンズを前置していない光源21と光源21からの光が透過する格子22、インクリメンタル信号検出器230a、230b、基準インパルス信号検出器230a、230bから構成される。
【選択図】 図1
Description
k :空間周波数
b1 :中央の基準インパルス信号検出器エレメントの幅
b2 :二つの外側の基準インパルス信号検出器エレメントの中の一方の幅
d :外側の基準インパルス信号検出器エレメントと中央の基準インパルス信号検出器エ レメントとの間隔
η :二つの外側の基準インパルス信号検出器エレメントと中央の基準インパルス信号検 出器エレメントの間の相対的な重み付け又は面積比
図2bには、図2aの基準インパルス信号検出器ユニット24aにおける以下のパラメータの組み合わせに対するフィルター関数F(k)の推移が図示されている。
b1 =35μm、b2 =35μm、η=1、d=48.75μm
図2bでは、インクリメンタル信号の基本周波数fINC =1/SPINC 及びその高調波、例えば2/SPINC などにおいて、フィルター関数F(k)の推移が零となっていることが明らかに分かる。それに対して、前述した通り、インクリメンタル信号の基本周波数fINC の半分の領域における通過周波数帯域が、通過されており、基準インパルス信号として使用される。
z :整数
SPINC :インクリメンタル信号の信号周期
b1 :中央の基準インパルス信号検出器エレメントの幅
b2 :二つの外側の基準インパルス信号検出器エレメントの中の一方の幅
数学的な解が存在するb1 ,b2 ,ηの値の各組み合わせに関して、式GI.2は、インクリメンタル信号の基本周波数をフィルターで排除した形で基本インパルス信号を生成する、基準インパルス信号検出器ユニットの実施形態を提供する。以下において説明する通り、検出器配列の特に有利な実施構成に関して、式GI.2は簡単化される。
d=n*SPINC +0.5b2 (GI.3.1)
d=n*SPINC −0.5b2 (GI.3.2)
ここで、
SPINC :インクリメンタル信号の信号周期
b2 :二つの外側の基準インパルス信号検出器エレメントの中の一方の幅
n=0,1,2,3,......
図2aの例では、更に、基準インパルス信号RIを生成するために、一方において二つの外側の基準インパルス信号検出器エレメント27.1,27.2を互いに接続して信号S2とし、更にこの信号S2を中央の基準インパルス信号検出器エレメント26から得られた信号S1と差分を取る形で接続するものと規定する。最終的には、信号S1とS2の差分を取る形の接続により得られる信号は、出力側に生じる基準インパルス信号RIである。
11,111,211,311,411,511 インクリメンタル目盛トラック
12a,12b 目盛領域
22,122,222,322,422 送信目盛
24a,124a,224a,324a 基準インパルス信号検出器ユニット
26,27.1,27.2,126,127.1,127.2,226,227.1,227.2,426.1,426.2,427.1,427.2 基準インパルス信号検出器エレメント
13 走査面
20 走査ユニット
21 光源
230a,230b,240a,240b 走査板25の領域
25 走査板
b1 中央の基準インパルス信号検出器エレメントの幅
b2 外側の基準インパルス信号検出器エレメントの幅
d 中央の基準インパルス信号検出器エレメントと外側の基準インパルス信 号検出器エレメントとの間隔
F(k) フィルター関数
k 空間周波数
S 全体的な走査信号
S1,S2 走査信号
SPINC インクリメンタル信号の信号周期
RI 基準インパルス信号
REF 基準指標
TPM インクリメンタル目盛トラックの目盛周期
x 測定方向
xREF 基準位置
Claims (23)
- 測定方向(x)に対して互いに相対的に動く形に配置された基準尺(10)と走査ユニット(20)から構成された、位置に依存した走査信号を生成するための位置測定装置であって、その際
基準尺(10)は、少なくとも一つのインクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)を有し、この目盛トラックは、測定方向(x)に延びており、基本的に光学特性が異なる目盛領域(12a,12b)の周期的な配列で構成されており、少なくとも一つの基準位置(xREF )に、目盛領域(12a,12b)の非周期的な配列で構成される基準指標(REF)を有し、
走査ユニット(20)は、コリメーターレンズを前置していない光源(21)と光電式検出器配列を有し、この検出器配列は、少なくとも一つの基準インパルス信号検出器ユニット(24a,24b;124a;224a;324a)を有し、この検出器ユニットは、基準指標(REF)と対応して基準インパルス信号(RI)を生成し、
基準位置(xREF )の領域で振幅変調された周期的な縞模様が、検出面に生じる、
位置測定装置において、
基準インパルス信号検出器ユニット(24a,24b;124a;224a;324a)は、複数の基準インパルス信号検出器エレメント(26,27.1,27.2;126,127.1,127.2;226,227.1,227.2)から構成されており、これらの検出器エレメントは、これらの検出器エレメントが、基準位置(xREF )で振幅変調された縞模様に対してバンドパスフィルターとして作用するとともに、出力側において、インクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)からの周期的な信号成分と低周波の信号成分をフィルターで大幅に除去した基準インパルス信号(RI)が生じるように、サイズを規定されるとともに、基準インパルス信号(RI)を生成するように接続されていることを特徴とする位置測定装置。 - 基準インパルス信号検出器ユニット(24a,24b;124a;224a;324a)は、一つの中央に配置された基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)とこのエレメントに対して測定方向(x)に対称的に配置された二つの基準インパルス信号検出器エレメント(27.1,27.2;127.1,127.2;227.1,227.2)とを有し、これらの二つの検出器エレメントは、この中央の基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)に対してN*360°(N=1,2,... )の位相のずれた走査信号を生成するとともに、一方における中央に配置された基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)と他方におけるこのエレメントに対して測定方向(x)に対称的に配置された二つの基準インパルス信号検出器エレメント(27.1,27.2;127.1,127.2;227.1,227.2)が、差分を取る形で接続されており、この差分信号が、基準インパルス信号(RI)となることを特徴とする請求項1に記載の位置測定装置。
- 中央に配置された基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)の幅(b1 )が、このエレメントに対して測定方向(x)に対称的に配置された二つの基準インパルス信号検出器エレメント(27.1,27.2;127.1,127.2;227.1,227.2)の幅(b2 )の二倍の大きさとなるように選定することを特徴とする請求項2に記載の位置測定装置。
- 中央に配置された基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)の幅(b1 )が、インクリメンタル信号(INC)の信号周期(SPINC )と等しくなるように選定することを特徴とする請求項3に記載の位置測定装置。
- 中央に配置された基準インパルス信号検出器エレメント(26;126;226)とこのエレメントに隣接する基準インパルス信号検出器エレメント(27.1,27.2;127.1,127.2;227.1,227.2)との間隔(d)を、以下の式
d=n*SPINC +0.5b2
又は
d=n*SPINC −0.5b2
ここで、
SPINC :インクリメンタル信号の信号周期
b2 :外側の基準インパルス信号検出器エレメントの幅
n :0,1,2,3,......
にもとづき選定することを特徴とする請求項2に記載の位置測定装置。 - インクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)の基準指標(REF)の領域には、インクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)の周期性を乱す少なくとも一つの明視野が統合されており、この明視野が、反射率の高い又は透過率の高い目盛領域(12b)から構成されることを特徴とする請求項1に記載の位置測定装置。
- 当該の明視野が、インクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)の目盛周期(TPM )の2倍又はインクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)の目盛周期(TPM )の1.5倍に相当する幅を有することを特徴とする請求項7に記載の位置測定装置。
- 当該の明視野が、基準尺(10;100;200;300)上において、測定方向(x)に対して最も近くに隣接する反射率の高い又は透過率の高い目盛領域(12b)との間隔が最大の幅を取るように配置されており、その際省かれる反射率の高い又は透過率の高い目盛領域の数が出来る限り最小となるように選定することを特徴とする請求項7に記載の位置測定装置。
- 基準尺(10;100;200;300)上において、当該の明視野と測定方向(x)に対して最も近くに隣接する反射率の高い又は透過率の高い目盛領域(12b)との間隔が、インクリメンタル目盛トラック(11;111;211;311)の目盛周期(TPM )の1.5倍であることを特徴とする請求項9に記載の位置測定装置。
- インクリメンタル目盛トラック(311)の基準指標(REF)が、測定方向(x)に対して分散した形に配置された複数の明視野を有することを特徴とする請求項7に記載の位置測定装置。
- 当該の基準インパルス信号(RI)を生成するための検出器配列が、測定方向(x)に対して互いに間隔を空けて配置された複数の基準インパルス信号検出器ユニット(324a)を有することを特徴とする請求項1又は7に記載の位置測定装置。
- 基準インパルス信号検出器ユニット(324a)が、それぞれ同じ形で構成されていることを特徴とする請求項12に記載の位置測定装置。
- 当該の基準インパルス信号検出器ユニットが、差分を取る形で互いに接続された二対の基準インパルス信号検出器エレメントから構成されており、これらの検出器エレメントは、180°位相のずれた走査信号(S1,S2)を生成するとともに、それらの間隔が、それぞれ測定方向(x)に対してインクリメンタル信号の信号周期(SPINC )の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載の位置測定装置。
- 当該のインクリメンタル目盛トラックには、基準指標(REF)として、少なくとも二つの明視野が形成されており、当該の走査ユニットには、測定方向(x)に対して順番に配置された複数対の基準インパルス信号検出器エレメント(426.1,426.2,427.1,427.2)が配備されており、その際基準インパルス信号検出器エレメント(426.1,426.2,427.1,427.2)が、交番する順序で配備されており、隣接する対が、位相の異なる走査信号(S1,S2)を提供することを特徴とする請求項14に記載の位置測定装置。
- 光源(21)の走査ユニット(20)側には、透過性と非透過性の目盛領域を持つほぼ周期的な送信目盛(22;122;222;322)が前置されており、この送信目盛は、基準指標(REF)に対応した、非周期的な目盛構造を持つ領域を有することを特徴とする請求項1から15までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
- 送信目盛(22;122;222;322)の非周期的な目盛構造を持つ領域には、透過性又は非透過性の目盛領域の中の少なくとも一つが存在しないことを特徴とする請求項16に記載の位置測定装置。
- 送信目盛(22;122;222;322)の非周期的な目盛構造を持つ領域には、透過性又は非透過性の目盛領域の中のちょうど一つが存在しないことを特徴とする請求項17に記載の位置測定装置。
- 走査ユニット(20)が、一つの走査板(25)を有し、この走査板においては、
中央の領域に、送信目盛(22)が配置されており、
送信目盛(22)に隣接して、当該のインクリメンタル信号検出器エレメントが配置されており、
送信目盛(22)には、測定方向(x)に対して垂直に隣接する形で、少なくとも一つの基準インパルス信号検出器ユニット(24a,24b)が配置されている、
ことを特徴とする請求項1から18までのいずれか一つに記載の位置測定装置。 - 走査板(25)上には、当該の基準インパルス信号検出器ユニットが複数配置されており、当該の基準インパルス信号検出器エレメントの間には、インクリメンタル信号検出器エレメントが、更に配置されていることを特徴とする請求項19に記載の位置測定装置。
- 光源(21)が、空間的に広がった光源として構成されていることを特徴とする請求項16に記載の位置測定装置。
- 当該の光源が、点光源として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の位置測定装置。
- 当該の光源が、測定方向に対して垂直に配置された点光源の列として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の位置測定装置。
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