特許 6525546 位置計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6525546

(24)【登録日】2019年5月17日

(45)【発行日】2019年6月5日

(54)【発明の名称】位置計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20190527BHJP

   G01D 5/38 20060101ALI20190527BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20190527BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/347 110U

   G01D5/38 A

   G01B11/00 G

   G01D5/347 110B

【請求項の数】13

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-215907(P2014-215907)

(22)【出願日】2014年10月23日

(65)【公開番号】特開2015-87391(P2015-87391A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2017年6月5日

(31)【優先権主張番号】10 2013 221 898.2

(32)【優先日】2013年10月29日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルター・フーバー

(72)【発明者】

【氏名】ヴォルフガング・ホルツアプフェル

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ・イェルガー

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５２２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８６１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８１２５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第６２４９３５１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１２−２４２３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−７９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９５２０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２６−５／３８

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
測定方向が測定反射器に対して直角の方向を向くとして、少なくとも測定方向に沿って動く平坦な測定反射器と、
検出器配列と、
を備え、光源から放出された少なくとも一つの光ビームが、測定反射器に当たった後、検出器配列に当たり、そのため、測定反射器が測定方向に沿って動いた場合に、測定反射器の位置に応じた少なくとも一つの信号が得られ、この信号から、所定の基準位置における基準信号を生成することが可能である、
位置を計測する装置において、
この光ビームが、測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に二回当たり、この測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）との二回の衝突の間に、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）を通過し、この偏向ユニットが、測定反射器の傾斜によって一回目の反射後に生じる光ビームの光線方向のずれを二回目の反射後には補正しているように構成され、
光ビームの光路に沿って、光源（１１；１１１；２１１）と偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）の間に、第一の透過格子（１４；１１４；２１４）が配置され、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）と検出器配列（１８；１１８；２１８）の間に、第二の透過格子（１７；１１７；２１７）が配置され、
第一と第二の透過格子（１４；１１４；２１４；１７；１１７；２１７）、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）及び測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）は、光ビームが第一と第二の透過格子（１４；１１４；２１４；１７；１１７；２１７）を通過する間に、光ビームが第一の透過格子（１４；１１４；２１４）に入射する方向に対して平行な方向を向く第一の方向（ｘ）に沿って互いに間隔を開けた二つの衝突位置（Ａ１，Ａ２）で測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に当たるように配置されている、
ことを特徴とする装置。

【請求項2】

偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）は、一つ以上の光学部品を備えており、測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）が傾斜軸の周りを角度αだけ傾斜している場合に、傾斜していない時の測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）への垂線（Ｎ）に対して角度Θで一回目に入射する光ビーム（Ｓ_ＩＮ）が、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）の通過後に、傾斜していない時の測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）への垂線（Ｎ）に対して角度Θ−２αで二回目に測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に入射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）が、測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に入射する分散光ビーム（Ｓ_ＩＮ）に集束光学作用を及ぼすか、或いは測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に入射する集束光ビーム（Ｓ_ＩＮ）に分散光学作用を及ぼす一つ以上の光学部品を備えていることを特徴とする請求項２に記載の装置。

【請求項4】

当該の少なくとも一つの光学部品が、屈折光学素子又は回折光学素子として構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。

【請求項5】

偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）が、回折光学素子として、第一と第二の偏向格子（１５．１，１５．２；１１５．１，１１５．２；２１５．１ａ，２１５．１ｂ，２１５．２ａ，２１５．２ｂ）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。

【請求項6】

偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）は、一つ以上の光学部品を備えており、入射平面内において、一回目に測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に入射した光ビーム（Ｓ_ＩＮ）と二回目の反射後に測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）から遠ざかるように進行する光ビーム（Ｓ_ＯＵＴ）との鏡面対称な結像を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。

【請求項7】

光源（１１；１１１；２１１）、透過格子（１４；１１４；２１４；１７；１１７；２１７）、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６；２１６）及び検出器配列（１８；１１８；２１８）が、測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に対向して測定方向（ｚ）に沿って動くように設置された走査ユニット（１０；１１０；２１０）内に配置されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の装置。

【請求項8】

透過格子（１４；１１４；２１４；１７；１１７；２１７）が、走査ユニット（１０；１１０；２１０）内において、測定反射器（Ｍ；１；１０１；１０２）に対して直角の方向を向いた支持部材（１９．１，１９．２；１１９．１，１１９．２；２１９．１，２１９．２）に配置されており、
第一の透過格子（１４；１１４；２１４）が、第一の支持部材（１９．１；１１９．１；２１９．１）に配置され、
第二の透過格子（１７；１１７；２１７）が、第二の支持部材（１９．２；１１９．２；２１９．２）に配置され、
二つの偏向格子（１５．１，１５．２；１１５．１，１１５．２；２１５．１ａ，２１５．１ｂ，２１５．２ａ，２１５．２ｂ）が、平坦な形状に構成された、第一と第二の支持部材（１９．１，１９．２；１１９．１，１１９．２；２１９．１，２１９．２）の間に設置された透明な第三の支持部材（１９．３；１１９．３，２１９．３）の互いに逆側に配置されている、
ことを特徴とする請求項５に、或いは請求項５を引用する請求項６又は７に記載の装置。

【請求項9】

光源（１１；１１１）から放出された光ビームが、第一の透過格子（１４；１１４）を通って一回目に測定反射器（Ｍ；１；１０１）の方向に偏向され、
測定反射器（Ｍ；１；１０１）で、偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６）の方向への光ビームの反射が行なわれ、
偏向ユニット（Ｕ；１６；１１６）によって、光ビームが二回目に測定反射器（Ｍ；１；１０１）の方向に偏向され、
測定反射器（Ｍ；１；１０１）で、第二の透過格子（１７；１１７）の方向への光ビームの反射が行なわれ、
第二の透過格子（１７；１１７）によって、検出器配列（１８；１１８）の方向への光ビームの偏向が行なわれる、
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。

【請求項10】

第一の透過格子（１４）は、更に、そこに入射するコリメートされた光ビームが、第一の方向（ｘ）と測定方向（ｚ）により決まるｘｚ平面内において分散する光ビームに変換されるように構成され、
第一の偏向格子（１５．１）は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内においてコリメートされ、第一の方向（ｘ）とそれに対して直角の第二の方向（ｙ）により決まるｘｙ平面内において偏向され、ｘｙ平面内において、偏向ユニット（Ｕ；１６）内の第一と第二の偏向格子（１５．１，１５．２）の間の中央に位置する、測定方向（ｚ）に対して平行に延びる直線状の焦点（Ｌ）に集束されるように構成され、
第二の偏向格子（１５．２）は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内において偏向されて、ｘｚ平面内において集束する光ビームに変換され、ｘｙ平面内においてコリメートされるように構成され、
第二の透過格子（１７）は、更に、そこに入射する光ビームの中央の光線方向が透過格子（１４，１７）への垂線に対して平行な方向を向くように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に、或いは請求項５を引用する請求項６から９までのいずれか一つに記載の装置。

【請求項11】

第一の透過格子（１１４）は、更に、そこに入射するコリメートされた光ビームが第一の方向（ｘ）と測定方向（ｚ）により決まるｘｚ平面内において、第一の透過格子（１１４）と測定反射器（Ｍ；１０１）の間に位置する第一の結像点（ＬＢ１）に光源（１１１）を結像して、それにより、ｘｚ平面内において分散する光ビームが第一の偏向格子（１１５．１）に入射するように構成され、
第一の偏向格子（１１５．１）は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内においえコリメートされ、第一の方向（ｘ）とそれに対して直角の第二の方向（ｙ）により決まるｘｙ平面内において偏向され、ｘｙ平面内において、偏向ユニット（Ｕ；１１６）内の第一と第二の偏向格子（１１５．１，１１５．２）の間の中央に位置する、測定方向（ｚ）に対して平行に延びる直線状の焦点に集束されるように構成され、
第二の偏向格子（１１５．２）は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内において偏向され、ｘｚ平面内において測定反射器（Ｍ；１０１）と第二の透過格子（１１７）の間の第二の結像点（ＬＢ２）に光源（１１１）を結像し、それにより、ｘｚ平面内において分散する光ビームが第二の透過格子（１１７）に入射して、ｘｙ平面内においてコリメートされるように構成され、
第二の透過格子（１１７）は、更に、それによって、検出器配列（１１８）の検出平面内での第二の結像点（ＬＢ２）の結像が行なわれるように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に、或いは請求項５を引用する請求項６から９までのいずれか一つに記載の装置。

【請求項12】

第一の透過格子（２１４）は、それによって、基準光ビーム（Ｒ）の分割が行なわれて、この基準光ビームが、第二の透過格子（２１７）において、二回目に測定反射器（２０１）に当たった光ビーム（ＭＳ）と干渉して重なり合うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項13】

透過格子（１４；１１４；２１４；１７；１１７；２１７）及び／又は偏向格子（１５．１，１５．２；１１５．１，１１５．２；２１５．１ａ，２１５．１ｂ，２１５．２ａ，２１５．２ｂ）がブレーズド格子として構成されていることを特徴とする請求項５に、或いは請求項５を引用する請求項６から１１までのいずれか一つに記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に基づく垂直な測定方向に沿って位置を計測する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

横方向に互いに動く二つの物体の位置の変化を検出する以外に、専ら、或いは場合によっては、それに追加して、それに対して直角である垂直の測定方向において、それらの物体の間隔を計測することを更に必要とする測定課題が存在する。そのような測定方向に沿った高精度な測定のためには、例えば、本出願人のドイツ特許公開第１０２０１３２０３２１１号明細書で提案している通り、干渉走査測定装置が有用である。ドイツ特許公開第１０２０１３２０３２１１号明細書により周知の装置は、出力側に高分解能の位相シフトされた増分信号を提供し、その信号により、そのような間隔の変化を検出することが可能である。

【0003】

更に、同様の装置が特許文献１により周知である。そこでは、図７〜９による第三の実施例に、増分測定に対する絶対基準を作成する手法も提案されている。そのために、光源から放出された光ビームが、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、位相板及び集束レンズを通って、先ずは測定方向に沿って動く測定反射器に到達する。それにより、光ビームは、格子の方向に偏向される。最終的に、反射格子として構成された格子が、二つの隣り合って配置された差分接続式検出素子から成る検出器配列に光ビームを偏向している。測定反射器が測定方向に沿って動いた場合、検出器配列が、測定反射器の位置に応じた信号を検出し、その信号から、測定方向に沿った所定の基準位置における基準信号を生成することが可能となっている。そして、次に、そのようにして計測した基準位置に対して、高分解能の増分信号を関連付け、それにより、垂直な測定方向に沿った測定反射器の位置を正確に絶対的に計測することが可能になっている。

【0004】

しかし、特許文献１により周知の装置の欠点は、測定反射器が標準位置から傾斜している場合、位置計測時に誤差が生じる可能性が有ることである。それは、垂直な測定方向に沿って間隔が変化した場合に変化する信号位相が、更に、傾斜角に対して線形的に変化することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許公開第２５８７２１２号明細書

【特許文献2】欧州特許第５１３４２７号明細書

【特許文献3】ドイツ特許第１９７４８８０２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、少なくとも一つの傾斜軸の周りの測定反射器の傾斜に対して出来る限り感応しない、垂直な測定方向に沿って高精度に位置を計測する装置を実現することである。特に、測定方向に沿って計測するための基準位置が出来る限り垂直の間隔だけに依存して、場合によっては起こる測定反射器の傾斜に依存しないようにする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本課題は、本発明による請求項１の特徴を有する装置によって解決される。

【0008】

本発明による装置の有利な実施形態は、従属請求項の措置から明らかとなる。

【0009】

本発明による位置計測装置は、光源と、測定方向が測定反射器に対して垂直の方向を向いているとして、少なくとも測定方向に沿って動く平坦な測定反射器と、検出器配列とを備えている。光源から放出された少なくとも一つの光ビームは、測定反射器に当たった後、検出器配列に当たり、そのため、測定反射器が測定方向に沿って動いた場合に、測定反射器の位置に応じた少なくとも一つの信号が得られ、この信号から、所定の基準位置における基準信号を生成することが可能である。この光ビームは、測定反射器に二回当たり、測定反射器との二回の衝突の間に、偏向ユニットを通過し、この偏向ユニットは、一回目の反射後に測定反射器の傾斜により生じる光ビームのビーム方向のずれを二回目の反射後には補正しているように構成されている。

【0010】

この場合、有利には、偏向ユニットは、一つ以上の光学部品を備えており、傾斜していない時の測定反射器への垂線に対して角度Θで初めて入射する光ビームが、測定反射器が傾斜軸の周りに角度αで傾斜している場合に、偏向ユニットを通過した後、傾斜していない時の測定反射器への垂線に対して角度Θ−２αで二回目に測定反射器に入射するように構成されている。この偏向ユニットが、
測定反射器に入射する発散光ビームに対して、集束光学作用を及ぼすか、或いは
測定反射器に入射する集束光ビームに対して、発散光学作用を及ぼす、
一つ以上の光学部品を備えていると規定することができる。

【0011】

この場合、この少なくとも一つの光学部品を屈折又は回折光学素子として構成することが可能である。

【0012】

更に、この偏向ユニットは、回折光学素子として、第一と第二の偏向格子を備えることができる。

【0013】

この偏向ユニットは、一つ以上の光学部品を備えており、入射平面内において、測定反射器に初めて入射した光ビームと二回目の反射後に測定反射器から遠ざかるように進行する光ビームとの鏡面対称の結像が行なわれるように構成することが可能である。

【0014】

有利には、光ビームの光路に沿って、光源と偏向ユニットの間に、第一の透過格子が配置され、偏向ユニットと検出器配列の間に第二の透過格子が配置される。

【0015】

この場合、二つの透過格子、偏向ユニット及び測定反射器は、光ビームが第一と第二の透過格子を通過する間に、第一の透過格子への光ビームの入射方向に対して平行な方向を向く第一の方向に沿って互いに間隔を開けた二つの衝突位置で測定反射器に当たるように、互いに相対的に配置されると規定することができる。

【0016】

更に、光源、透過格子、偏向ユニット及び検出器配列は、測定反射器に対向して測定方向に沿って動くように設置された走査ユニット内に配置することが可能である。

【0017】

更に、これらの透過格子は、走査ユニット内において、測定反射器に対して直角の方向を向いた支持部材に配置することができ、
第一の透過格子が第一の支持部材に配置され、
第二の透過格子が第二の支持部材に配置され、
二つの偏向格子が、板形状に構成された、第一と第二の支持部材の間に設置された透明な第三の支持部材の互いに逆の側面に配置される。

【0018】

更に、光源から放出された光ビームが、第一の透過格子によって、一回目に測定反射器の方向に偏向され、
測定反射器で、偏向ユニットの方向への光ビームの反射が行なわれ、
偏向ユニットによって、光ビームが二回目に測定反射器の方向に偏向され、
測定反射器で、第二の透過格子の方向への光ビームの反射が行なわれ、
第二の透過格子によって、検出器配列の方向への光ビームの偏向が行なわれる、
ことが可能である。

【0019】

この場合、第一の透過格子は、更に、そこに入射するコリメートされた光ビームが、第一の方向と測定方向により決まるｘｚ平面内において分散する光ビームに変換されるように構成され、
第一の偏向格子は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内においてコリメートされ、第一の方向とそれに対して直角な第二の方向により決まるｘｙ平面内において偏向され、ｘｙ平面内において、偏向ユニット内の第一と第二の偏向格子の間の中央に位置する、測定方向に対して平行に延びる直線状の焦点に集束されるように構成され、
第二の偏向格子は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内において偏向され、ｘｚ平面内において集束する光ビームに変換され、ｘｙ平面内においてコリメートされるように構成され、
第二の透過格子は、更に、そこに入射する光ビームの中央の光線方向が、この透過格子への垂線に対して平行な方向を向くように構成される、
と規定することができる。

【0020】

また、第一の透過格子は、更に、そこに入射するコリメートされた光ビームが、第一の方向と測定方向により決まるｘｚ平面内において、第一の透過格子と測定反射器の間に位置する第一の結像点に光源を結像し、それにより、ｘｚ平面内において分散する光ビームが第一の偏向格子に入射するように構成され、
第一の偏向格子は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内においてコリメートされ、第一の方向とそれに対して直角な第二の方向により決まるｘｙ平面内において偏向され、ｘｙ平面内において、偏向ユニット内の第一と第二の偏向格子の間の中央に位置する、測定方向に対して平行に延びる直線状の焦点に集束されるように構成され、
第二の偏向格子は、更に、そこに入射する光ビームが、ｘｚ平面内において偏向され、ｘｚ平面内において、測定反射器と第二の透過格子の間に位置する第二の結像点に光源を結像し、それにより、ｘｚ平面内において分散する光ビームが第二の偏向格子に入射し、ｘｙ平面内において、コリメートされるように構成され、
第二の透過格子は、更に、それによって、検出器配列の検出面内における第二の結像点への結像が行なわれるように構成される、
ことが可能である。

【0021】

第一の透過格子は、更に、それによって、基準光ビームの分割が行なわれ、この基準光ビームが、第二の透過格子で、二回目に測定反射器に当たった光ビームと干渉して重なり合うように構成されることが可能である。

【0022】

これらの透過格子及び／又は偏向格子は、ブレーズド格子として構成することができる。

【0023】

本発明による解法の主な利点として、少なくとも一つの傾斜軸の周りの測定反射器の傾斜に対する高い不感応性が得られる。それにより、位置計測時又は基準信号生成時の誤差を確実に防止できる。更に、別の措置によって、別の傾斜軸の周りの傾斜に対する位置計測の不感応性も確保されると保証できる。

【0024】

以下における本発明による装置の実施例の図面と関連した記述に基づき、本発明の更なる詳細及び利点を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1a】本発明による装置の第一の実施例の模式的な第一の断面図

【図1b】本発明による装置の第一の実施例の模式的な第二の断面図

【図1c】本発明による装置の主な構成要素を説明するための模式的な部分光路図

【図2a】第一の実施例の支持部材とそこに配置された透過格子の平面図

【図2b】第一の実施例の支持部材とそこに配置された透過格子の平面図

【図2c】第一の実施例の支持部材とそこに配置された透過格子の平面図

【図3】第一の実施例の基準信号を生成するための検出素子とその後に配置された回路構成の図

【図4a】第一の実施例での図３の回路構成を用いた基準信号の生成形態を説明するための信号図

【図4b】第一の実施例での図３の回路構成を用いた基準信号の生成形態を説明するための信号図

【図4c】第一の実施例での図３の回路構成を用いた基準信号の生成形態を説明するための信号図

【図4d】第一の実施例での図３の回路構成を用いた基準信号の生成形態を説明するための信号図

【図4e】第一の実施例での図３の回路構成を用いた基準信号の生成形態を説明するための信号図

【図5a】本発明による装置の第二の実施例の模式的な第一の断面図

【図5b】本発明による装置の第二の実施例の模式的な第二の断面図

【図6】本発明による装置の第三の実施例の模式的な断面図

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下において、図１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃ、３及び４ａ〜４ｃに基づき、本発明による位置計測装置の第一の実施例とその様々な基本的な特徴を詳しく説明する。図１ａと１ｂは、それぞれこの実施例の光路の異なる視点からの模式図を図示し、図１ｃは、所定の幾何学的な関係を説明するための模式的な部分光路図を図示し、図２ａ〜２ｃは、それぞれ本装置の支持部材とそこに配置された透過格子の平面図を図示している。図３には、前記の図面の装置における基準信号Ｓ_Ｒを生成するための回路構成が図示され、図４ａ〜４ｃには、基準信号の生成形態を説明するための異なる信号図が図示されている。

【0027】

見易くするために、既に冒頭で述べた本出願人のドイツ特許公開第１０２０１３２０３２１１号明細書で提案されている通りの増分走査信号を干渉により生成する光路は、これらの図面にはそれぞれ図示されていない。従って、以下では、専ら本発明による基準信号Ｓ_Ｒの生成形態を説明する。そして、ドイツ特許公開第１０２０１３２０３２１１号明細書により生成された高分解能の増分走査信号を用いて、周知の手法で基準信号を計算することができる。

【0028】

本発明による装置は、平坦な測定反射器１と、図示された実施例では、模式的に表示された走査ユニット１０内に配置された一連の別の部品１１〜１９．３とを備えている。この平坦な測定反射器１は、第一の方向ｘとそれに対して直角の第二の方向ｙに沿って平面内を延びている。以下において、この平面を測定反射器の設置面又はｘｙ平面とも称する。このｘｙ平面は、図１ａでは、図の面、即ち、ｘｚ平面に対して直角の方向を向き、図１ｂでは、測定反射器１の設置面は、図の面、即ち、ｘｙ平面に対して平行な方向を向いている。

【0029】

図示された実施例では、光源１１、コリメータレンズ１２、ガラスプレート１３、検出器配列１８及び所定の光学作用を有する二つの透過格子１４，１７と偏向ユニット１６の二つの偏向格子１５．１，１５．２を配置した三つの支持部材１９．１〜１９．３が、走査ユニット１０内に配備された構成要素１１〜１９．３に属し、以下において、これらを更に詳しく説明する。

【0030】

平坦な測定反射器１は、走査ユニット１０に対して、或いはそれ以外の構成要素１１〜１９．３の中の少なくとも一部に対して、少なくとも垂直な測定方向に沿って動くように配置されている。この垂直な測定方向は、平坦な測定反射器１又はそのｘｙ設置面に対して直角の方向を向くとともに、図面では、それぞれ座標ｚで表され、ここでは、以下において、測定方向ｚとも称する。例えば、一方の測定反射器１と他方の走査ユニット１０は、図面に図示されていない、特に、測定方向ｚに沿って互いに動く機械部品と連結することができる。測定反射器１が走査ユニット１０に対して相対的に動いた場合、本発明による位置計測装置によって、測定方向ｚに沿った測定反射器１の位置に応じた少なくとも一つの信号が生成される。次に、そのようにして生成された信号から、測定方向ｚに沿った所定の基準位置ｚ_Ｒにおける基準信号Ｓ_Ｒを生成又は導き出すことができ、この信号は、その後に配置された、図示されていない機械制御部によって、例えば、生成された増分走査信号等と共に計算される形で、更に処理される。

【0031】

本発明の範囲内には、全ての構成要素１１〜１９．３を共通の走査ユニット１０内に配置する代わりに、例えば、光源１及び／又は検出器配列１８を走査ユニット１０から空間的に分離して配置し、これらをそれぞれ光ファイバを介して走査ユニット１０と接続するように配備することもできる。それは、例えば、測定場所での光源からの熱の侵入が望ましくない場合又は測定場所での影響によって、検出器配列が出来る限り妨害されないようにしたい場合に有利である。

【0032】

以下において、本発明による装置の第一の実施例で規定される基準信号Ｓ_Ｒを生成するための走査光路を詳しく説明する。

【0033】

例えば、点状又はほぼ点状の半導体レーザ又はＬＥＤとして構成された光源１１は、光ビームを放出し、その光ビームは、コリメータレンズ１２によりコリメートされる。このコリメートされた光ビームは、光路内に４５°で配置されたガラスプレート１３の後側での反射により、第一の透過格子１４の方向に偏向される。この第一の透過格子１４は、透明なガラスプレートとして構成された、測定反射器１に対して直角又はｘｙ平面に対して直角に設置された第一の支持部材１９．１に配置されている。そのため、図１ａでは、第一の支持部材１９．１は、図の面に対して直角にｙｚ平面内を延びている。この第一の透過格子１４は、そこに入射するコリメートされた光ビームに異なる光学作用を及ぼし、それに適した形で構成されている。即ち、一方では、光ビームが一回目に測定反射器１の方向に偏向されるように光ビームを偏向させる作用を及ぼす。この偏向は、図１ａから明らかな通り、ｘｚ平面内において行なわれる。他方では、第一の透過格子１４は、負の焦点距離の円筒レンズ機能を有し、そのため、入射するコリメートされた光ビームは、ｘｚ平面内にのみ分散するが、図１ｂの通り、ｘｙ平面内において依然としてコリメートされた形で更に進行する光ビームに変換される。

【0034】

これらの異なる光学機能は、単一の透過格子内において、個々の光学機能の位相関数の合算によって組み合わせることができ、そのため、個々の位相関数を重ね合わせた第一の透過格子１４の全体の格子位相関数が得られる。二進格子構造として実現した場合、この重ね合わせた全体の格子位相関数は二進化され、それにより、第一の透過格子１４の格子フレームの位置と形状が決定される。有利には、第一の透過格子１４は、望ましくない回折次数を最小化するブレーズド格子として構成され、それは、例えば、第一の透過格子１４により起因する、ｘｚ平面内において正のｚ方向に展開する回折次数である。

【0035】

次に、第一の透過格子１４により前述した通りの影響を受けた部分的に分散する光ビームは、一回目に測定反射器１上の第一の衝突位置Ａ１に到達し、そこから走査ユニット１０の方向又は偏向ユニット１６の第一の偏向格子１５．１の方向に反射される。この場合、第一の偏向格子１５．１は、同じく透過格子として構成され、走査ユニット１０内の第三の透過部材１９．３の第一の側に配置されており、この第三の透過部材１９．３は、第一の支持部材１９．１と同様に、ｙｚ平面内を測定反射器１に対して直角に延びる透明なガラスプレートとして構成されている。

【0036】

透過格子として構成された第一の偏向格子１５．１は、そこに入射する光ビームに異なる所定の光学作用を及ぼし、ここでは、同じく所定の円筒レンズ作用を有する。即ち、更に、入射する光ビームが、第三の支持部材１９．３の反対の第二の側に配置された、同じく透過格子として構成された、偏向ユニット１６の第二の偏向格子１５．２の方向に偏向される結果となる。この場合、図１ａから明らかな通り、ｘｚ平面内において光ビームのコリメートが行なわれる。更に、図１ｂの通り、それに対応した第一の偏向格子１５．１の構成のために、ｘｙ平面内において偏向する結果と第三の支持部材１９．３の反対の第二の側での反射後にｘｙ平面内において直線状の焦点に集束する結果となる。この直線状の焦点Ｌは、第三の支持部材１９．３の中央に位置し、測定方向ｚに対して平行に延びている。

【0037】

次に、この直線状の焦点Ｌから、光ビームは、図１ｂから明らかな通り、ｘｙ平面内を直線状の焦点Ｌに対して点対称の形で第二の偏向格子１５．２の方向に更に進行する。それは、第三の支持部材１９．３の第一の側での反射後に、ｘｙ平面内において再び分散する光ビームが第二の偏向格子１５．２に当たることを意味する。この偏向格子１５．２は、第一の偏向格子１５．１と反対に第三の支持部材１９．３の第二の側に配置されるとともに、光学機能において、ｘｚ平面に関して鏡面対称であるが、図２ｂなどの各平面図における偏向ユニット１６の第一の偏向格子１５．１と同じ形に構成されている。そのため、第二の偏向格子１５．２は、その円筒レンズ機能により、ここでは、図１ａの通り、一方では光ビームが二回目に測定反射器１の方向に偏向されるように、そこに入射する光ビームを偏向させる作用を有する。即ち、一方では、ｘｚ平面内において偏向させる結果となる。他方では、光ビームが、更に、図１ａから明らかな通り、ｘｚ平面内において第二の偏向格子１５．２によって集束する光ビームに変換されて、図１ｂの通り、ｘｙ平面内においてコリメートされる。

【0038】

測定反射器１に二回目に当たった後、それに対応する影響を受けた光ビームが、最終的に、ｘ方向において第一の衝突位置Ａ１から間隔を開けた第二の衝突位置Ａ２で、第二の支持部材１９．２に配置された第二の透過格子１７に当たる。この第二の支持部材１９．２は、又もやそれ以外の二つの支持部材１９．１，１９．３と同様に構成されている。この第二の透過格子１７によって、そこに入射する光ビームをその後に配置された検出器配列１８の方向に偏向する作用と、そこに入射する光ビームの中央の光線方向を通過した透過格子１４，１７及び偏向格子１５．１，１５．２への垂線に対して平行な方向に向ける作用とが得られる。

【0039】

二つの偏向格子１５．１，１５．２と第二の透過格子１７は、その他の点において、第一の透過格子１４と同様に、ブレーズド格子として構成することができる。

【0040】

ここで説明した光路に基づく、本発明による装置の基本的な作用原理は、以下の通り説明することができる。即ち、それに代わる光路図において、図１ａに図示されている通り、光線の進路において、第一の透過格子１４の前に位置する仮想的な光源１１’から出発することができる。図１ａでは、ｘｚ平面内において、仮想的な光源１１’から分散する光ビームが広がって行く。このｘｚ平面内において、仮想的な光源１１’は、二つの偏向格子１５．１，１５．２の前述した光ビームに対する円筒レンズ作用のために、検出器配列１８又はその検出平面内に結像される。この場合、光ビームは、第一の偏向格子１５．１に当たる前に、一回目に衝突位置Ａ１に当たり、第二の偏向格子１５．２を通過した後、衝突位置Ａ２で二回目に測定反射器１に当たる。共通の支持部材１９．３上の二つの偏向格子１５．１，１５．２の組み合わせに向かって進行し、そこから再び更に進行する全ての光ビームは、測定反射器１によって誘導される。従って、測定反射器１は、偏向格子１５．１と１５．２の像を定義し、この像の所に、これらの偏向格子が外見上位置付けられる。測定反射器１が測定方向ｚに沿って大きさΔｚだけずれた場合、この像は、大きさ２・Δｚだけずれる。それは、偏向格子１５．１，１５．２で生じる円筒レンズ作用が大きさ２・Δｚだけずれ、それに対応して、仮想的な光源１１’が、測定方向ｚに沿って大きさ４・Δｚだけずれた形で検出器配列１８上に結像されることを意味する。

【0041】

以下において、図３と４ａ〜４ｄに基づき、そのようにして検出器配列１８により検出された信号から基準信号を生成する形態を説明する。

【0042】

この実施例では、検出器配列は、測定方向ｚに並んで配置された、信号Ｓ１，Ｓ２を提供する二つの検出素子を備えており、これらの信号の基準位置の領域における推移が、図４ａに図示されている。これら二つの信号Ｓ１，Ｓ２から、引算素子２１．１によって、差分信号ΔＳが生成され、加算素子２１．２によって、合算信号ΣＳが生成される。この差分信号ΔＳと合算信号ΣＳの推移が図４ｂと４ｄに図示されている。この合算信号ΣＳは、図４ｄから明らかな通り、測定反射器が測定領域の一部内でのみｚ方向にずれても、ほぼ一定である。この部分領域内では、合算信号ΣＳは大きく、基準レベルとしての役割を果たす。

【0043】

この差分信号ΔＳは、この信号と、それぞれ合算信号ΣＳから分圧器により得られる僅かに異なる閾値Ｓ_Ｃ１又はＳ_Ｃ２とを比較する二つの比較段２３．１，２３．２に並列的に供給される。これらの異なる閾値Ｓ_Ｃ１とＳ_Ｃ２によって、それに対応する二つの比較段２３．１，２３．２の切換位置ｘ１とｘ２が、僅かに互いにずれる。比較段の出力に得られる方形信号Ａ，ＢのＸＯＲ素子２４によるＸＯＲ演算は、図４ｃに図示された信号Ｃを提供し、図３の下の部分に、それに対応するＸＯＲ素子２４の論理表が図示されている。

【0044】

図３では、この合算信号ΣＳが、別の比較段２３．３に供給され、そこで閾値Ｓ_Ｃ２と比較されている。最終的に、この比較段２３．３の出力には、図４ｄに図示された方形信号Ｄが得られる。

【0045】

次に、そのようにして生成された信号ＣとＤは、最終的に、ＡＮＤ素子２５に供給され、その素子の出力には、それに対応する論理演算後に、図４ｅに図示された基準信号Ｅが得られ、ＡＮＤ素子２５に関しても、図３の下の部分に、それに対応する論理表が図示されている。

【0046】

出力された基準信号Ｅの位置及び幅は、二つの閾値Ｓ_Ｃ１とＳ_Ｃ２の電気的な設定によって、広い限界内で選定することができる。増分走査信号の信号周期と一致する幅ｘ２−ｘ１が有利である。それは、測定方向ｚにおける測定反射器１のシフト範囲内の基準信号Ｅが、増分走査信号の信号周期の幅の基準値を表すことを意味する。それによって、増分走査の信号周期の基準を一義的に設定することができ、例えば、増分カウンタの値が、その位置でゼロに設定される。

【0047】

ここで、本発明による装置によって、特に有利には、測定精度に対する測定反射器１の傾斜の影響を最小化することができる。そのような傾斜は、例えば、各用途での構成時に取付許容範囲を遵守できなかったために起こる場合が有る。

【0048】

本発明による装置において、一方では、光ビームが選定された光路案内形態のために二回測定反射器１に当たることによって、第一の方向ｙの周りの測定反射器１の傾斜に対する不感応性が保証され、他方では、好適に構成された偏向ユニット１６が、一回目の反射後に測定反射器の傾斜により生じる光ビームの光線方向のずれを二回目の反射後には補正していることを保証している。更に、測定反射器１が、ｙ方向に延びる傾斜軸の周りを傾斜している場合に検出器配列に当たる光ビームの起こり得るずれが最小化される。これに関しては、この関係を図解している図１ｃを参照されたい。

【0049】

図１ｃには、本発明による装置の測定反射器Ｍがｙ軸に関して角度αだけ傾斜している位置で図示されており、傾斜していない時の測定反射器Ｍの標準位置が一点鎖線で表示されている。測定反射器Ｍに入射する分散光ビーム、或いは場合によっては、部分分散光ビームＳ_ＩＮ又はその側方の境界を画定する境界光線Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒ、並びに測定反射器Ｍでの一回目の反射が図示されている。詳しくは図示されていない偏向ユニットＵを通る光ビームの進行形態と、測定反射器Ｍでの光ビームの二回目の反射及び最終的に測定反射器から遠ざかるように進行する集束光ビーム、或いは場合によっては、部分集束光ビームＳ_ＯＵＴが単に模式的に図示されている。

【0050】

図１ｃから明らかな通り、分散する光ビームＳ_ＩＮの左側の境界光線Ｓ_Ｌが、傾斜している測定反射器に、垂線Ｎに対して角度Θ_１で入射し、右側の境界光線Ｓ_Ｒが角度Θ_１’で入射している。この場合、垂線Ｎは傾斜していない時の測定反射器Ｍに対して垂直である。測定反射器Ｍでの入射した光ビームＳ_ＩＮの一回目の反射後に、反射された境界光線Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒが角度Θ_１＋２α又はΘ_１’＋２αで偏向ユニットＵの方向に進行する。従って、この入射した光ビームＳ_ＩＮは、測定反射器の傾斜によって、一回目の反射後に、測定反射器Ｍが傾斜していない場合と比べて光線方向のずれ２αを受ける。図１ｃに図示されている通り、ここで、偏向ユニットＵは、この光線方向のずれを測定反射器Ｍでの光ビームの二回目の反射後には補正しているように構成されている。この場合、それに対応する偏向ユニットＵの光学的な設計によって、光ビームの左側の境界光線Ｓ_Ｌが、偏向ユニットＵの通過後に傾斜している測定反射器Ｍに、垂線Ｎに対して角度Θ_１−２αで入射し、右側の境界光線Ｓ_Ｒが角度Θ_１’−２αで入射することが保証されている。そのため、偏向ユニットＵによって、入射平面内において、一回目に測定反射器Ｍに入射した光ビームＳ_ＩＮと二回目の反射後に測定反射器Ｍから遠ざかるように進行する、或いは出て行く光ビームＳ_ＯＵＴとの鏡面対称の結像が実現されている。

【0051】

そのような偏向ユニットＵの機能は、入射する分散（集束）光ビームをｙｚ平面に対して鏡面対称又はほぼ鏡面対称に回転中心点Ｐを通って出て行く出射する集束（分散）光ビームに変換する、ｙ方向における一つ以上の円筒レンズを用いた結像によって得られる。図１ａでは、この結像は、有利には、同じ焦点距離を有し、ｘ方向において測定反射器１の回転中心点Ｐに対して対称的に配置された偏向格子１５．１と１５．２のｙ方向における二つの円筒レンズ機能によって実現されている。この場合、仮想的な光源１１’が第一の円筒レンズの焦点平面に存在しなければならない。ここで、測定反射器１の回転中心点Ｐは、本発明による位置計測装置の有効測定点として定義され、この点では、測定反射器１の傾斜が線形近似で基準信号のずれを生じさせない。測定反射器１の傾斜が小さい場合でも、増分信号に対する基準信号の正確な対応付けが維持されるためには、この有効測定点は、図示されていない増分走査の有効測定点と一致すべきである。この有効測定点又は回転中心点Ｐは、有利には、測定反射器１上の光ビームの二つの衝突位置Ａ１とＡ２の間の中央に位置するように選定される。そのように偏向ユニットＵを設計した場合、境界光線Ｓ_ＬとＳ_Ｒが、前述した通り、垂線Ｎに対して角度Θ_１−２α又はΘ_１’−２αで出射する。

【0052】

従って、測定反射器Ｍでの光ビームの二回目の反射後、光ビームＳ_ＯＵＴ又はその限界を画定する境界光線Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒは、傾斜している測定反射器Ｍから角度Θ_１又はΘ_１’で、ここでは図示されていない第二の透過格子の方向に出て行き、そのため、光ビームＳ_ＯＵＴの境界光線Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒは、入射した光ビームＳ_ＩＮの境界光線Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒと同じ方向となる。従って、測定反射器Ｍとの二回の衝突と偏向ユニットＵの好適な構成によって、ｙ方向に対して平行な軸の周りの測定反射器Ｍの傾斜に起因する測定誤差を防止する、或いは少なくとも最小化することができ、さもなければ、その結果傾斜により生じる位相シフトのために測定誤差が起こる。

【0053】

図１ｃに単に模式的に図示された、それに必要な偏向ユニットＵは、基本的に異なる手法で実現することができ、そのために、又もや屈折又は回折光学素子として構成することが可能な一つ以上の好適に設計された光学部品を備えている。この場合、図１ｃの例では、詳しく図示されていない偏向ユニットＵの光学部品は、測定反射器Ｍに入射する分散光ビームＳ_ＩＮに対して集束作用を及ぼす。図１ｃから明らかな通り、二回目の反射後に測定反射器Ｍから出て行く光ビームＳ_ＯＵＴは、集束して行き、それと逆に、偏向ユニットの相応の設計によって、入射する集束光ビームが測定反射器での二回目の反射後に分散して更に進むことも可能である。当然のことながら、同様の考えは、単に部分的に分散する、或いは部分的に集束する入射光ビーム及びその入射光ビームの部分的に集束する、或いは部分的に分散する出射光ビームへの変換に対しても適用できる。

【0054】

ここで説明した図１ａ，１ｂの第一の実施例では、偏向ユニット１６は、それに対応した回折光学素子として、それぞれ前述した光学機能を有する透過格子として構成された二つの偏向格子１５．１，１５．２を備えている。

【0055】

それに代わって、偏向ユニットは、当然のことながら、通過する光ビームに対して相応の補正作用を及ぼす、それ以外の光学素子を更に備えることもできる。即ち、偏向ユニット内の好適な屈折光学素子として、例えば、分散する光ビームが入射する場合には、凸レンズを使用し、或いは集束する光ビームが入射する場合には、凹レンズを使用することができる。同様に、それぞれ好適に設計されたチャープ透過格子を使用すること、及びそのような光学素子を組み合せることが可能である。

【0056】

更に、ｙ方向に対して平行な傾斜軸の周りの傾斜に対する感度を前述した通り低減する以外に、偏向ユニット１６の好適な構成によって、第二の方向ｘの周りの測定反射器の傾斜に対する不感応性を保証することも可能である。そのためには、第一の実施例において、例えば、図１ｂから明らかな通り、第一の偏向格子１５．１によって、そこに入射する光ビームのｘｙ平面内における集束及びその平面内における第二の偏向格子１５．２による再コリメートが行なわれると規定する。従って、偏向ユニット１６内における第一と第二の偏向格子１５．１，１５．２のそれに対応する構成によって、更に、ｘ方向に延びる傾斜軸の周りの測定反射器１の場合によっては起こる傾斜時に、検出器配列１８に当たる光ビームが殆どｙ方向に沿ってずれないことが保証される。そのため、そのような測定反射器１の線形的な次数での傾斜時でも、生成された基準信号Ｓ_Ｒは影響を受けない。従って、偏向ユニット１６の相応の設計によって、別の傾斜軸に関する傾斜感度も最小化することができる。

【0057】

本発明による基準信号を生成するために規定された走査が、図面に図示されていない、増分信号を生成するための走査と同じ有効測定点をｘｙ平面内に有する場合、ｘ又はｙ方向の周りの測定反射器の場合によっては起こる傾斜に関して、更に有利であることが分かっている。この場合、ｘｙ平面内における両方の走査の有効測定点は、有利には、基準信号を生成するための光ビームの二つの衝突位置Ａ１とＡ２の間の中央に位置する。それによって、測定反射器が傾斜している場合に生成された増分信号に対する基準信号Ｓ_Ｒの場合によっては起こるずれを防止することができ、さもなければ、そのずれは、位置計測時に誤差を発生させる可能性が有る。

【0058】

以下において、図５ａと５ｂに基づき、本発明による装置の第二の実施構成を説明する。第一の実施例と同様に、これら二つの図は、それぞれ基準信号を生成するための光路の模式的な図面を異なる視点から図示している。以下では、第一の実施例との主な相違点だけを説明する。

【0059】

ここでは、特に、偏向ユニット１１６の二つの通過する透過格子１１４，１１７と偏向格子１１５．１，１１５．２の第一の実施例と異なる構成を規定している。第一の実施例では、使用する第一の透過格子が負の焦点距離の円筒レンズ機能を有する一方、ここでは、光路内の第一の透過格子１１４に、正の焦点距離の円筒レンズ機能が付与されている。それによって、光源１１１は、第一の透過格子１１４によって、第一の透過格子１１４と第三の支持部材１１９．３の間に位置する第一の結像点ＬＢ１に結像される。この第一の結像点ＬＢ１から、分散する光ビームが、測定反射器１０１上の第一の衝突位置Ａ１を通って第三の支持部材１１９．３の方向に進行する。この支持部材の第一の透過格子１１４の方を向いた側には、第一の偏向格子１１５．１が配置されており、この偏向格子は、又もや光ビームをｘｚ平面内においてコリメートするが、ｘｙ平面内において、直線状の焦点Ｌに集束させる、ｘｚ平面内における円筒レンズ機能を有する。この円筒レンズ機能に関して、それに対応して、第一の偏向格子１１５．１の焦点距離は、第一の実施構成よりも短くしなければならない。光源１１１は、第二の偏向格子１１５．２によって、直線状の焦点Ｌと対称的に、第二の偏向格子１１５．２と第二の透過格子１１７の間に位置する第二の結像点ＬＢ２に結像される。この第二の透過格子１１７は、最終的に検出器配列１１８上の第二の結像点ＬＢ２に結像させる。第三の支持部材１１９．３の直ぐ近くの結像点ＬＢ１とＬＢ２の位置によって、光ビームの明らかに広い分散角を、そのため、明らかに大きな口径を実現することができる。光ビームの口径が大きくなったことに対応して、信号Ｓ１とＳ２のエッジの急峻度も大きくなるので、この実施構成を用いて、幅の一層狭い基準信号を実現することが可能である。それは、特に、増分信号の信号周期が短い場合に高い分解能を必要とするとともに、本発明により生成した基準信号Ｓ_Ｒの幅をその短い信号周期に一致させたい場合に有利である。

【0060】

次に、基準信号を生成するための光路の模式的な図面を図示した図６に基づき、本発明による装置の第三の実施構成を説明する。以下では、又もや前記の実施例との主な相違点だけを説明する。

【0061】

ここで、本発明による装置の第三の実施例では、基準信号Ｓ_Ｒを干渉により生成すると規定し、そのために、透過格子として、所謂チャープ格子、即ち、符号２１４，２１５．１ａ，２１５．１ｂ，２１５．２ａ，２１５．２ｂ及び２１７で示した格子を使用している。そのような基準信号の生成形態の詳細に関しては、本出願人の特許文献２と３を参照して理解されたい。この場合、チャープ格子を使用することによって、基準信号Ｓ_Ｒに関する特に高い空間分解能、即ち、基準信号Ｓ_Ｒの非常に狭い幅が実現可能である。

【0062】

それぞれ通過する透過格子の光学結像特性に基づく前記の両方の実施例と異なり、第三の実施例では、光源２１１とコリメータレンズ２１２から第一の透過格子２１４に入射する光ビームが、測定光ビームＭＳと基準光ビームＲに分割されて、これらの光ビームが、干渉により基準信号を生成するために使用される。

【0063】

この場合、第一の透過格子２１４は、光学的な分割機能の外に、前記の実施例と同様に、更に、分割された測定及び基準光ビームＭＳ，Ｒに対する円筒レンズ機能を有する。この場合、図６に図示されている実施例では、第一の透過格子２１４は、正の焦点距離と負の焦点距離、即ち、測定光ビームＭＳのための正の焦点距離と基準光ビームＲのための負の焦点距離とを有する。基本的に、その逆の対応付けも可能である。

【0064】

中央の第三の支持部材２１９．３上には、測定光ビームＭＳと基準光ビームＲのために、それぞれ各光ビームＭＳ，Ｒをｘｚ平面内において再びコリメートする第一の偏向格子２１５．１ａ，２１５．１ｂと第二の偏向格子２１５．２ａ，２１５．２ｂが偏向ユニット２１６内に有る。ここには図示されていないが、基本的に前記の両方の実施例と同様に、ここでも又もや測定及び基準光ビームＭＳ，Ｒをｙｚ平面内に集束させ、それにより、ｘ方向に対して平行な方向を向く傾斜軸の周りの傾斜の補正を保証することも可能である。

【0065】

この第三の支持部材２１９．３を通過した後、測定及び基準光ビームＭＳ，Ｒが第二の透過格子２１７上で重なり合うまでのｘｚ平面内における測定及び基準光ビームＭＳ，Ｒの鏡面対称な光線の推移が得られる。ここでは、第二の透過格子２１７が、結合格子として機能し、二つの光ビームＭＳ，Ｒを再びコリメートして、＋１と−１の回折次数で干渉させている。

【0066】

＋／−１次の回折次数を使用する代わりに、０と２次の二つの信号を生成して、これらの信号を基準信号として更に処理することもできる。

【0067】

この実施例で使用した測定方式は、冒頭で述べたドイツ特許公開第１０２０１３２０３２１１号明細書に詳しく記載されている通り、増分信号を生成する測定方式と同じである。透過格子２１４，２１５．１ａ，２１５．１ｂ，２１５．２ａ，２１５．２ｂのチャープ構造は、共通のゼロ又は基準位置に対して信号周期が連続的に分布する増分走査の重ね合わせ形態と同様に作用する。この共通のゼロ位置以外では、信号の変調が大きく減衰され、そのため、そのような信号は、基準信号として使用することができる。

【0068】

当然のことながら、ここで説明した実施例以外に、更に別の実施形態も本発明の範囲内にある。

【符号の説明】

【0069】

１，１０１，２０１ 測定反射器
１０，１１０，２１０ 走査ユニット
１１，１１１，２１１ 光源
１１’ 仮想的な光源
１２，１１２，２１２ コリメータレンズ
１３，１１３ ガラスプレート
１４，１１４，２１４ 第一の透過格子
１５．１，１１５．１，２１５．１ａ，２１５．１ｂ 第一の偏向格子
１５．２，１１５．２，２１５．２ａ，２１５．２ｂ 第二の偏向格子
１６，１１６，２１６ 偏向ユニット
１７，１１７，２１７ 第二の透過格子
１８，１１８，２１８ 検出器配列
１９．１，１１９．１，２１９．１ 第一の支持部材
１９．２，１１９．２，２１９．２ 第二の支持部材
１９．３，１１９．３，２１９．３ 第三の支持部材
２１．１ 引算素子
２１．２ 加算素子
２３．１，２３．２，２３．３ 比較段
２４ ＸＯＲ素子
２５ ＡＮＤ素子
ｘ１，ｘ２ 切換位置
ｘ 第一の方向
ｙ 第二の方向
ｚ 測定方向
Ａ１，Ａ２ 衝突位置
Ａ，Ｂ ＸＯＲ素子の入力、比較段の出力
Ｃ ＸＯＲ素子の出力、ＡＮＤ素子の入力
Ｄ ＡＮＤ素子の入力、比較段の出力
Ｅ ＡＮＤ素子の出力
ＬＢ１，ＬＢ２ 結像点
Ｌ 直線状の焦点
Ｍ 測定反射器
ＭＳ 測定光ビーム
Ｎ 傾斜していない時の測定反射器への垂線
Ｐ 回転中心点
Ｒ 基準光ビーム
Ｓ_Ｃ１，Ｓ_Ｃ２，Ｓ_Ｃ３ 閾値
Ｓ_ＩＮ 入射光ビーム
Ｓ_ＯＵＴ 出射光ビーム
Ｓ_Ｌ 光ビームの左側の境界光線
Ｓ_Ｒ 光ビームの右側の境界光線
Ｓ１，Ｓ２ 信号
Ｚ_Ｒ 基準位置
ΔＳ 差分信号
ΣＳ 合算信号
Ｕ 偏向ユニット
α 測定反射器の傾斜角
Θ_１ 左側の境界光線Ｓ_Ｌが垂線Ｎに対して入射する角度
Θ_１’ 右側の境界光線Ｓ_Ｒが垂線Ｎに対して入射する角度

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図5a】

【図5b】

【図6】