JP2007304097A - 光学エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、少なくとも１つの測定方向に互いに相対移動する２つの物体の位置を検出する光学エンコーダに関する。
【解決手段】
これに対してこのエンコーダは、スケール本体及び走査装置を有する。スケール本体は、両物体のうちの一方の物体に接合されている。このスケール本体は、測定方向に延在するインクリメンタル目盛及び基準位置に対する少なくとも１つの基準マークを有する。この場合、この基準マークは、場所で変化する目盛周期を有する構造から成る。さらにこのエンコーダは、走査装置を有する。この走査装置は、基準位置に対する少なくとも１つの基準信号を生成するために使用される。基準マークは、インクリメンタル目盛の目盛周期の範囲内の平均目盛周期を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の光学エンコーダに関する。

この種類の光学エンコーダは、出願人のヨーロッパ特許第513 427 号明細書から公知である。この光学エンコーダは、少なくとも１つの測定方向に相対移動する２つの物体の位置を検出するために適している。このため、この公知のエンコーダは、これらの両物体のうちの一方の物体に接合されているスケール本体を有する。このスケール本体は、測定方向に延在するインクリメンタル目盛及び基準位置の少なくとも１つの基準マークを有する。この場合、この基準マークは、場所で変化する目盛周期を有する構造から成る。すなわちこの基準マークは、多数の異なる目盛周期を有する構造から成る。このような構造は、いわゆるチャープ目盛構造又はチャープ格子とも呼ばれる。さらにこのエンコーダは、走査装置を有する。この走査装置は、両物体のうちの他方の物体に接合されていてかつ走査手段を有する。これらの走査手段は、測定区間に沿ってインクリメンタル目盛及び基準マークを光学的に走査することによって少なくとも１つのシフトに依存するインクリメンタル信号及び少なくとも１つの基準信号を生成するために使用される。

このヨーロッパ特許第513 427 号明細書から公知のエンコーダは、いわゆる干渉走査原理に基づく。この場合、インクリメンタル信号及び基準信号の形態のこれらのシフトに依存する走査信号は、多数の部分ビーム束の強め合う重畳及び打消し合う重畳から得られる。これらの部分ビーム束は、スケール本体と走査装置との相対移動時にシフトに依存する移相を受ける。こうして、これらの両物体の相対位置に関する高分解能な位置情報が得られる。

一般にこのようなシステムでは、基準信号の生じるパルス幅が、インクリメンタル信号の生じる信号周期に対応するように、この基準信号の生じるパルス幅は選択される。このことを保証するためには、基準マークの場所で変化する目盛周期ＴＰ_REF が、インクリメンタル目盛の目盛周期ＴＰ_INC に対する所定の比又は一定の比で選択される必要がある。実際には、チャープ格子として構成された基準マークの選択された目盛周期ＴＰ_REF は、一般に1.5*ＴＰ_INC と 5＊ＴＰ_INC との間の範囲内に及ぶ；これに関係しては、上述した明細書のほかに本出願人のドイツ連邦共和国特許出願第197 48 802号明細書をさらに参照のこと。このドイツ連邦共和国特許出願第197 48 802号明細書は、チャープ基準マークに対するこのような寸法測定制御を開示する。すなわち、チャープ基準マークの目盛周期ＴＰ_REF は、一般にインクリメンタル目盛の目盛周期ＴＰ_INC より大きい。これらの目盛上に入射するビーム束に対する光学的な作用を考慮した場合、このことは、基準信号を生成するビーム束の生じる回折角度つまり偏向角度がインクリメンタル信号を生成するビーム束の生じる回折角度より明らかに小さいことを意味する。しかし、基準信号を生成するために利用される部分ビーム束のより小さい偏向角度は、特定の走査原理で同様に問題を伴う。例えばドイツ連邦共和国特許出願第101 44 659号明細書中で開示されているような光学エンコーダがある。これらの光学エンコーダは、スケール本体上に入射する部分ビーム束とこのスケール本体から回折された部分ビーム束とを空間的に分離する必要がある。基準信号を生成するために利用される部分ビーム束に対する偏向角度が非常に小さい場合、このことは、非常に大きい走査間隔がスケール本体と走査装置との間で選択される時にだけ保証され得る。大きい走査間隔は、他方ではエンコーダの設置許容誤差に関して欠点である；しかも大きい走査間隔は、走査装置内の光源の経費のかかるコリメーションを時として必要とする。
ヨーロッパ特許第513 427 号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願第197 48 802号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願第101 44 659号明細書

本発明の課題は、小さい走査間隔でもチャープ基準マークを用いて基準信号を生成することを可能にする光学エンコーダを提供することにある。

この課題は、本発明により、請求項１に記載の特徴を有する光学エンコーダによって解決される。

本発明のエンコーダの好適な構成は、従属請求項中の手段に記載されている。

本発明によれば、光学エンコーダの基準マークに対して、チャープ目盛構造の平均目盛周期が、インクリメンタル目盛の目盛周期の範囲内に、すなわち従来の技術に比べて明らかに小さい平均目盛周期に選択される。さらに、スケール本体上に入射する部分ビーム束と偏向された部分ビーム束とを空間的に分離することを保証するため、基準信号を生成するために利用される部分ビーム束に対して生じる偏向角度が十分大きいことが保証される。上述した問題に起因して、このことを本来は不可能にする走査原理でも、チャープ基準信号を使用することが可能である。

この場合、少なくとも１つの測定方向に互いに相対移動する２つの物体の位置を検出する本発明の光学エンコーダは、スケール本体及び走査装置を有する。

スケール本体は、両物体のうちの一方の物体に接合されている。このスケール本体は、測定方向に延在するインクリメンタル目盛及び基準位置に対する少なくとも１つの基準マークを有する。この場合、この基準マークは、場所で変化する目盛周期を有する構造から成る。

走査装置は、両物体のうちの他方の物体に接合されていてかつ走査手段を有する。この走査装置は、基準位置に対する少なくとも１つの基準信号を生成するために使用される。この場合、基準マークは、インクリメンタル目盛の目盛周期の範囲内の平均目盛周期を有する。

特に基準マークの平均目盛周期ＴＰ_REF,m は、以下の範囲に選択される：

0.5*TP _INC ≦TP_REF,m ≦1.5*TP_INC ,

ＴＰ_INC ：＝インクリメンタル目盛の目盛周期
ＴＰ_REF,m ：基準マークの平均目盛周期

好適な実施形では、基準マークの目盛周期の周波数の平均スペクトル幅は、以下のように選択されている：

Δf _REF ＝0.6*f _INC ,

ｆ_REF ：＝１／ＴＰ_REF
ｆ_INC ：＝１／ＴＰ_INC

さらに処理可能で移相しているさらに多数の部分基準信号が生成可能であるように、走査手段が構成され得る。

例えば、それぞれ360 °／Ｎだけ互いに移相しているｎ個の部分基準信号を生成することが可能である。この場合、Ｎ＝３又はＮ＝４に選択されている。

基準位置に対する特定の基準信号を部分基準信号から生成するため、特に信号処理電子装置が、走査手段の後方に配置されている。

例えば、最大基準信号及び最小基準信号が、部分基準信号から生成可能であり、これらの信号が比較可能であるように、信号処理電子装置が構成されている。その結果、基準信号が、基準位置で生じる。

別の好適な実施形では、基準信号を生成する走査ビーム路が、インクリメンタル信号を生成する走査ビーム路に基本的に一致する。基準信号をスケール本体上に生成するため、ここでは基準マークが、場所で変化する目盛周期を有する構造から配置されている。この目盛周期は、測定方向の部分ビーム束に対する異なる偏向作用を有する。インクリメンタル信号を生成するため、一定な目盛周期を有する測定方向に周期的なインクリメンタル目盛が、スケール本体上に配置されている。

特にこの場合、部分ビーム束が、スケール本体で回折されて、これらの部分ビーム束が分離するように、このスケール本体は構成されている。

本発明は、基本的に回転式の測定装置及びリニア式の測定装置の双方に接続して実現することができる。さらに光照射式の走査装置及び光透過式の走査装置の双方が本発明にしたがって実現され得る。

本発明のその他の利点及び詳細は、図面に基づく以下の実施の形態に記載されている。

以下に、図１，２，３ｂ，３ｂに基づいて本発明のエンコーダの第１の実施の形態、特にこのエンコーダに設けられている走査ビーム路を説明する。図１は、この例の走査ビーム路を概略的に投影図で示す。図２は、使用されるスケール本体の正面図である。図３ａ及び３ｂはそれぞれ、使用される走査板の上面及び下面を示す。

この点で指摘することは、基準マークの平均目盛周期を本発明にしたがって使用されるインクリメンタル目盛の目盛周期の範囲内に定めることが、明らかに以下で説明するこの実施の形態の光学式の走査原理に限定されない点である。したがって基準信号生成に関する本発明の手段は、別の走査ビーム路でも使用され得る。

この示された実施の形態では、本発明のエンコーダが、光照射式の長さ測定装置として構成されていてかつ走査装置２０を有する。この走査装置２０は、スケール本体１０に対して測定方向ｘに移動するように配置されている。スケール本体１０及び走査装置２０は、例えば測定方向ｘに相対シフト可能に配置された２つの物体、例えば相対移動する２つの機械部品に接合されている。本発明のエンコーダの生成された位置に依存する出力信号（インクリメンタル信号，基準信号）によって、後続配置された制御装置が、これらの機械部品の移動を公知の方法で適切に制御する。

スケール本体１０は、この例では目盛キャリヤ上に配置されているリニア式のインクリメンタル目盛１１を有する。このインクリメンタル目盛は、測定方向ｘに沿って周期的に配置され、相違する光学特性を有する部分領域１１．１，１１．２から構成される。これらの部分領域１１．１，１１．２は、目盛平面内でｙ方向に延在する。この場合、この示された実施形の部分領域１１．１，１１．２は、これらの部分領域から反射するビーム束に対して相違する移相作用を有する。すなわちスケール本体１０は、いわゆる照射位相格子つまり反射位相格子として構成されている；この位相格子に入射する部分ビーム束が、＋１と−１の回折次数で反射される。

走査されるスケール本体１０のインクリメンタル目盛１１が、測定長さにわたって一定な目盛周期ＴＰ_INC を有する；この目盛周期ＴＰ_INC は、相違する光学作用を有する隣接した２つの部分領域１１．１，１１．２の測定方向ｘに生じる幅として定義されている。可能な実施形では、ＴＰ_INC ＝２μｍに選択される。

インクリメンタル目盛１１を有するトラックに隣接した両側では、スケール本体１０の両側面上にそれぞれ、基準マーク１２，１，１２．２が、目盛キャリヤ１３上の基準位置ｘ_REF に配置されている；基本的には、明らかに、多数の基準位置に対応する基準マークを配置してもよい。これらの基準マーク１２．１，１２．２は、インクリメンタル目盛１１と同様に反射位相格子として構成されていてかつ反射するビーム束に対して相違する移相作用を有する交互に配置された部分領域１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂの構造から成る。

図１及び２中で概略的に示され以下でさらに詳しく説明するように、しかしながら基準マーク１２．１，１２．２は、インクリメンタル目盛１１と違って場所で変化する目盛周期ＴＰ_REF を測定方向ｘに沿って有する。したがって基準マーク１２．１，１２．２は、いわゆるチャープ目盛構造として構成されている。これらのチャープ目盛構造の平均目盛周期ＴＰ_REF,m は、本発明にしたがってインクリメンタル目盛１１の目盛周期ＴＰ_INC の範囲内に選択される。したがって典型的な例では、ＴＰ_REF,m ≒ＴＰ_INC ≒２μｍに選択される。

周期的なインクリメンタル信号の形態のシフトに依存する出力信号及び少なくとも１つの特定の基準位置Ｘ_REF に対する少なくとも１つの基準信号を生成するため、多数の要素が、走査装置２０内に配置されている。これらの要素は、簡単のためにまとめて走査手段と呼ぶ。この例では、例えば光源，格子のような異なる光学作用要素を有する走査板，反射器及び光電式検出要素が、これらの走査手段に属する。別の実施形では、走査手段のこれらの異なる要素を明らかに変更してもよい。以下に、走査手段の異なる要素の協働を示された実施の形態の異なる走査ビーム路の説明に基づいて説明する。

インクリメンタル信号の生成
光源２１、例えばレーザーダイオードから放出されたビーム束が、最初に視準光学系２２によって平行なビーム路を有するビーム束に変換される。次いでコリメートされたビーム束又はその少なくとも一部が、走査板の上面２３上の回折格子２３．１と走査板の下面２４上の窓領域２４．１１とを偏向されずに通過した後に領域Ｂ１内でスケール本体１０のインクリメンタル目盛１１上に最初に当たる。＋１次の回折方向及び−１次の回折方向への回折が、この領域Ｂ１内で起こる。これらの回折は、走査装置２０の方向に再び反射される。走査装置２０内では、反射した部分ビーム束が、湾曲された格子線を有する透過性の走査格子２４．７，２４．９上に到達する。これらの走査格子２４．７，２４．９は、走査板の下面２４上に配置されている。図１中では、上面２３及び下面２４上に配置された光学要素を有するこの上面２３及び下面２４だけが、走査板によって概略的に示されている。それぞれの透過する部分ビーム束が、走査格子２４．７，２４．９によって測定方向ｘに見て光学軸線に対して平行にｚ方向に沿って指向つまり偏向される；透過した部分ビーム束が、ｚ方向に対して垂直に、すなわちｙ方向に焦点合わせされる。

次いでこうして焦点合わせされて偏向された部分ビーム束が、平坦な反射面２３．２，２３．３上に到達する。これらの反射面２３．２，２３．３は、走査板の上面２３に走査板２４．７，２４．９に焦点合わせして配置されている。部分ビーム束が、これらの反射面２３．２，２３．３から走査板の下面２４方向つまりスケール本体１０方向に反射する。走査板の下面２４上では、反射面２３．２，２３．３から反射した部分ビーム束が、同様に湾曲された格子線を有する別の透過性の走査格子２４．８，２４．１０上に到達する。これらの走査格子２４．８，２４．１０によって、透過した部分ビーム束が、ｙ方向に新たにコリメートされ、これらの透過した部分ビーム束が、最初の入射方向に対して逆の測定方向ｘに偏向される。

引き続きこれらの部分ビーム束が、領域Ｂ２内でスケール本体１０のインクリメンタル目盛１１上に再度当たり、この領域Ｂ２内で＋１次方向と−１次方向に新たに回折して走査装置２０方向に反射される。

こうしてインクリメンタル目盛１１から再度反射した部分ビーム束は、引き続き共線的に走査装置２０の方向に伝播し、この走査装置２０で走査板の下面２４上の回折格子２４．１２上に当たる。干渉する一対の部分ビーム束が、回折格子２４．１２によって公知の方法で＋１／０／−１の回折次数に空間的に回折される。最終的に、異なる空間方向に伝播する一対の干渉する部分ビーム束は、走査板の上面２３上の領域２３．４内の適切な孔の通過後に３つの検出器要素２５．４，２５．５，２５．６によって検出され、シフトに依存して変調された120 °だけ移相している電流信号又はインクリメンタル信号に変換される。

インクリメンタル信号を120 °だけ移相できるようにするため、干渉する両部分ビーム束が、−図１中に示さなかった−λ／４板を透過する。最初にリニア偏向された（レーザー光の）部分ビーム束が、これらのλ／４板によって左円偏向及び右円偏向された部分ビーム束に変換される。再度リニア偏向されたビーム束が、両部分ビーム束の重畳後に生じる。このビーム束の偏向方向は、走査装置２０とスケール本体１０との相対移動時に回転する。同様に図１中に示さなかった検出要素２５．４，２５．５，２５．６の前方の適切に向けられた偏向が、電流信号を120 °ずつ移相させる調整を可能にする。干渉信号に対するこのような−場合によっては別の−評価方法は、基本的に公知であり、それ故にこれに対して必要な要素は、簡単のために図１中に示されていない。

こうして生成されたインクリメンタル信号は、公知の方法で後続配置された図示しなかった制御装置又は順次電子装置によってさらに処理され得る。

基準信号の生成
以下で説明するように、基準信号を生成する走査ビーム路は、この例ではインクリメンタル信号を生成する走査ビーム路に原理的に一致して延在する。この例では、３つの生成された部分基準信号を適切に説明する必要がある。このとき、これらの部分基準信号は、適切な信号処理電子装置によって実際に希望する基準信号にさらに処理される；以下で、ます簡単のためにこの基準信号だけによって説明する。

光源２１から来るビーム束が、コリメーション後に視準光学系２２を透過して走査板の上面２３上の回折格子２３．１上に到達する。この回折格子２３．１は、入射するコリメートされたビーム束を回折させる。回折されたビーム束の一部が、上述したようにインクリメンタル信号を生成するために利用される。その他の一部が、基準信号を生成するために使用される。

基準信号を生成するために利用されるコリメートされたビーム束の一部が、回折格子２３．１から走査板の下面２４上の回折格子２４．１の方向に回折される。部分ビーム束が、光学軸線に対して平行に合わせられ、スケール本体１０上の基準マーク１２．１に向かって発生するように、回折格子２４．１が、この透過した部分ビーム束を偏向させる。

原理的にインクリメンタル目盛１１の領域Ｂ１内の部分ビーム束の最初の回折後のインクリメンタル信号を生成する走査ビーム路のように、基準信号を生成する別の走査ビーム路が、第１基準マーク１２．１から進行する。

この場合、部分ビーム束が、基準マーク１２．１から＋１次と−１次の回折方向に走査装置２０に向かって反射される。この場合、基準マーク１２．１のチャープ構造に起因して、−１次の回折方向に反射する部分ビーム束が、測定方向ｘに弱く発散して発生する。これに対して＋１次の回折方向に反射する部分ビーム束が、測定方向ｘに弱く収束して発生する。次いでこれらの部分ビーム束は、回折格子２４．３，２４．６上に当たる。これらの回折格子２４．３，２４．６は、走査板の下面上に配置されていて、同様に湾曲された格子線を有する。この透過した部分ビーム束は、上述したインクリメンタル信号を生成する部分ビーム束のように回折格子２４．３，２４．６によって回折されて焦点合わせされる。この場合、測定方向ｘに弱く変化して回折する作用が、入射する部分ビーム束の弱い発散又は収束を補正する。次いで透過した部分ビーム束が、測定方向ｘに完全にコリメートされている。引き続きこれらの部分ビーム束は、走査板の上面２３上に設けられている反射面２３．２，２３．３上に当たる。走査板の下面２４方向の再度の反射が、これらの反射面２３．２，２３．３から実施される。この下面２４で別の走査格子２４．４，２４．５を透過する。上述したように、部分ビーム束が、湾曲された格子線を有するこれらの走査格子２４．４，２４．５によってｙ方向にコリメートされ、かつこれらの部分ビーム束は、最初の入射方向に対して反対の測定方向ｘに偏向される。この場合、部分ビーム束は、同様に測定方向ｘに弱く発散しかつ収束する。第２基準マーク１２．２の領域内では、部分ビーム束が、スケール本体１０上に再び当たり、この第２基準マーク１２．２で同様に＋１次と−１次の回折で走査装置方向に反射される。この第２基準マーク１２．２は、第１基準マーク１２．１に等しく構成されている。

第２基準マーク１２．２の領域内の２回目の反射及び回折後に、最終的にこの走査ビーム路内でも、干渉する部分ビーム束が、走査装置２０方向に共線的に伝播し、この走査装置２０の走査板の下面２４上の別の開設格子２４．２上に当たる。この走査ビーム路内でも、一対の部分ビーム束が、回折格子２４．２によって＋１／０／−１次の回折方向に空間的に回折される。３つの異なる空間方向に伝播するこれらの干渉する部分ビーム束は、走査板の上面２３上の領域２３．４内の別の３つの孔の通過後に別の３つの検出器要素２５．１，２５．２，２５．３によって検出され、シフトに依存して変調された120 °だけ移相している電流信号又は部分基準信号に変換される。インクリメンタル信号の生成と同様に、図中には部分基準信号の移相を生成するために必要なλ／４板及び偏向器も、見やすさの理由から図示されていない。これらのλ／４板及び偏向器の機能は、移相しているインクリメンタル信号の生成に関連して上述した機能に一致する。

以下で、こうして生成された移相している部分基準信号ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３を処理又は評価する可能性を図４に基づいて説明する。この図は、この処理又は評価に適した信号処理電子装置の概略的なブロック図である。基準位置ｘ_REF に対する希望する基準信号ＲＥＦが、この信号処理電子装置から出力可能である。

３つの検出器要素２５．１，２５．２，２５．３から出力される部分基準信号ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３がそれぞれ、最初に要素３０．１，３０．２，３０．３によって電流／電圧変換される。次いで最大基準信号ＲＥＦ_max 及び最小基準信号ＲＥＦ_min が、図４中に示された異なる要素の回路によって生成される。この例で選択された回路配置は、電圧印加されたダイオード３１．１−３１．６を有する公知の回路技術を利用し、最終的にデモジュレータを構成する。このデモジュレータは、部分基準信号ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３の搬送周波数を除去する。信号ＲＥＦ_max ，ＲＥＦ_min は、抵抗３５．１，３５．２によって異なって増幅され、図４中に示されたような比較器要素３５によって互いに比較される。最大基準信号ＲＥＦ_max 及び最小基準信号ＲＥＦ_min の適切に選択された異なる増幅に基づいて、希望する基準信号ＲＥＦ又は希望する基準パルスが、比較器要素３５の出力部に出力される。

生成された部分基準信号ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３をデモジュレーション方法によって処理する説明した種類に基づいて、実際の基準信号ＲＥＦの幅が、もはやチャープ基準マークの基準マーク目盛の平均周波数から出力部に出力されるのではなくて、チャープ基準マークの目盛周期ＴＰ_REF の周波数の分散の平均スペクトル幅Δｆ_REF から出力部に出力される。この場合、基準信号ＲＥＦの幅を生成されたインクリメンタル信号の幅の範囲内に保証するため、スケール本体上のチャープ基準マークの目盛周期ＴＰ_REF の周波数の平均スペクトル幅Δｆ_REF を以下の関係式（１）にしたがって選択すると好ましいことが証明されている：

Δｆ_REF ＝０．６＊ｆ_INC （式１）

ｆ_REF ：＝１／ＴＰ_REF
ｆ_INC ：＝１／ＴＰ_INC

このことは、換言すれば、チャープ基準マークの平均目盛周期ＴＰ_REF,m が基準マークの幅に関係なく選択され得、これによって好ましくはインクリメンタル目盛の目盛周期の範囲内にもあり得ることを意味する。

この場合、チャープ基準マークの平均目盛周期ＴＰ_{REF m} に対する以下の範囲が好ましいことが証明されている：

０．５＊ＴＰ_INC ≦ＴＰ_REF,m ≦１．５＊ＴＰ_INC （式２）

ＴＰ_INC ：＝インクリメンタル目盛の目盛周期
ＴＰ_REF,m ：＝基準マークの平均目盛周期

図５ａ及び５ｂ中には、本発明の基準マーク（図５ｂ）及び従来の基準マーク（図５ａ）に対するチャープ基準マークの目盛周波数ｆ_REF のスペクトルが示されている。

この場合、図５ａから分かるように、最小目盛周波数ｆ_REF,min と最大目盛周波数ｆ_REF,max との間の範囲及びチャープ基準マークの平均目盛周波数ｆ_REF,m が、走査されたインクリメンタル目盛の目盛周波数ｆ_INC より明らかに小さく選択される。

これに対して明らかに異なって、図５ｂから分かるように本発明によれば、チャープ基準マークの目盛周波数ｆ_REF のスペクトルが、特に上述した条件（１）及び（２）にしたがって走査されたインクリメンタル目盛の目盛周波数ｆ_INC の範囲の内にシフトしたことが分かる。簡略化した表現では、このことは、基準信号の高周波変調のスペクトルのスペクトルシフトを意味する。この高周波変調は、後続する電子式デモジュレーションによって再び除去される。

この場合、生じる基準信号ＲＥＦに関するチャープ基準マークの目盛周波数ｆ_REF のスペクトルの形が、むしろ副次的な役割を果たすことが証明されている。平均スペクトル幅及び平均目盛周期ＴＰ_REF,m が、上の両条件（１）及び（２）にしたがって選択されることが有力である。

こうして選択されたチャープ基準マークの平均目盛周期ＴＰ_REF,m に基づいて、反射した部分ビーム束の偏向角度も生じる。これらの反射した部分ビーム束は、走査ビーム路内で異なる空間方向に反射又は偏向された部分ビーム束の十分な分離を可能にする。したがって最終的に、スケール本体と走査装置との間の希望するより大きい間隔も保証することができる。

説明した実施の形態のほかに、その他の可能な構成も、本発明の範囲内で明らかに存在する。

例えば、電子式デモジュレーションに対して、図４中の例で示されたダイオードの代わりに、二乗器又は対数器のようなその他の非線形な電子構成部品を使用してもよい。

より幅の広い基準信号を生成するため、チャープ基準マーク内の目盛周期の周波数のスペクトル幅を低減することがさらに可能である。このことは、例えばスケール本体と走査装置との間の走査間隔の変化と基準信号との依存性が低減されなければならない時に必要になりうる。インクリメンタル信号の再生可能な基準付けを保証できるようにするため、このより幅の広い基準信号に基づいて、本発明のエンコーダの使用者は、常に片側から基準マークにアクセスしなければならない。

さらに、別の走査光学系又は走査ビーム路を本発明の重畳に関連して実現することも可能である。スケール本体で回折される少なくとも１つの入射する及び／又は少なくとも１つの出射するビーム束のビームの分離が、スケール本体での回折によって決定され、このビームの分離がそれぞれの走査ビーム路に対して重要である場合は常に、本発明は好ましいことが証明されている。すなわち、例えばスケール本体に対して垂直に当たるビーム束が、＋１次と−１次の回折方向に回折され得、対応する部分ビーム束が、走査板の分離された走査要素に向かって偏向され得る。対応するビーム路は、例えば図１の例では走査格子２４．７及び２４．９までの窓領域２４．１１と領域Ｂ１との間にある。この代わりに、逆方向のビーム路が、分離された走査行使２４．８及び２４．１０から領域Ｂ２を経由して重畳した部分ビーム束を有する共通の要素２４．１２にかけて設けられ得る。また、スケール本体に、例えば異なる偏向光学構成部品を取り付けることをできるようにするためには、別の場合には部分ビーム束をスケール本体の近くで十分に分離することが重要になりうる。全ての説明した場合では、本発明は、基準信号及びインクリメンタル信号を生成する十分に均質な走査ビーム路を可能にする。特に傾きが、走査装置とスケール本体との間で生じる時に、このことは、インクリメンタル信号の信号周期に対する基準位置の割り当ての安定性に対して基本的に非常に重要である。

本発明の光学エンコーダの実施の形態の走査ビーム路の概略図である。 図１のエンコーダのスケール本体の正面図である。 図１のエンコーダの使用される走査板の上面を示す。 図１のエンコーダの使用される走査板の下面を示す。 部分基準信号の可能な評価を説明するための異なる信号を含む適切な信号処理電子装置の概略図である。 従来の技術による目盛周波数のスペクトル図である。 本発明の基準マークの目盛周波数のスペクトル図である。

符号の説明

１０ スケール本体
１１ インクリメンタル目盛
１３ 目盛キャリヤ
２０ 走査装置
２１ 光源
２２ 視準光学系
２３ 走査板の上面
２４ 走査板の下面
２５ 検出器要素
３５ 比較器要素

Claims (9)

1. 少なくとも１つの測定方向（ｘ）に互いに相対移動する２つの物体の位置を検出する光学エンコーダが、スケール本体及び走査装置を有し、スケール本体は、両物体のうちの一方の物体に接合されていて、このスケール本体は、測定方向（ｘ）に延在するインクリメンタル目盛（１１）及び基準位置（ｘ_REF ）に対する少なくとも１つの基準マーク（１２．１，１２．３）を有し、この場合、この基準マーク（１２．１，１２．３）は、場所で変化する目盛周期（ＴＰ_REF ）を有する構造から成り、走査装置（２０）は、両物体のうちの他方の物体に接合されていてかつ走査手段を有し、この走査装置は、基準位置（ｘ_REF ）に対する少なくとも１つの基準信号（ＲＥＦ）を生成するために使用される光学エンコーダにおいて、
   基準マーク（１２．１，１２．３）は、インクリメンタル目盛（１１）の目盛周期（ＴＰ_INC ）の範囲内の平均目盛周期（ＴＰ_REF,m ）を有することを特徴とする光学エンコーダ。
2. 基準マークの平均目盛周期（ＴＰ_REF,m ）は、以下の範囲に選択されることを特徴とする請求項１に記載の光学エンコーダ：
   
   0.5*TP _INC ≦TP_REF,m ≦1.5*TP_INC ,
   
   ＴＰ_INC ：＝インクリメンタル目盛の目盛周期
   ＴＰ_REF,m ：基準マークの平均目盛周期
3. 基準マーク（１２．１，１２．２）の目盛周期（ＴＰ_REF ）の周波数（Δｆ_REF ）の平均スペクトル幅は、以下のように選択されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学エンコーダ：
   
   Δf _REF ＝0.6*f _INC ,
   
   ｆ_REF ：＝１／ＴＰ_REF
   ｆ_INC ：＝１／ＴＰ_INC
4. 多数の処理可能な移相している部分基準信号（ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３）が生成可能であるように、走査手段が構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学エンコーダ。
5. それぞれ360 °／Ｎだけ互いに移相しているＮ個の部分基準信号（ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３）を生成することが可能であり、この場合、Ｎ＝３又はＮ＝４に選択されていることを特徴とする請求項４に記載の光学エンコーダ。
6. 基準位置（ｘ_REF ）の特定の基準信号（ＲＥＦ）を部分基準信号（ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３）から生成するため、信号処理電子装置が、走査手段に後続配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学エンコーダ。
7. 最大基準信号（ＲＥＦ_max ）及び最小基準信号（ＲＥＦ_min ）が、部分基準信号（ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３）から生成可能であり、これらの信号が差で比較可能であるように、信号処理電子装置が構成されていて、その結果、基準信号（ＲＥＦ）が、基準位置（ｘ_REF ）で生じることを特徴とする請求項６に記載の光学エンコーダ。
8. 基準信号（ＲＥＦ）を生成する走査ビーム路が、インクリメンタル信号を生成する走査ビーム路に基本的に一致して延在し、この場合、基準信号（ＲＥＦ）をスケール本体（１０）上に生成するため、ここでは基準マーク（１２．１，１２．２）が、この場合、
   場所で変化する目盛周期を有する構造から配置されていて、この目盛周期（ＴＰ_REF ）は、測定方向（ｘ）の部分ビーム束に対する異なる偏向作用を有し、
   インクリメンタル信号を生成するため、一定な目盛周期（ＴＰ_REF ）を有する測定方向（ｘ）に周期的なインクリメンタル目盛（１１）が、スケール本体（１０）上に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学エンコーダ。
9. スケール本体（１０）で回折された部分ビーム束が偏向して、これらの部分ビーム束が分離するように、このスケール本体（１０）は構成されていることを特徴とする請求項８に記載の光学エンコーダ。

Images