測定スケールを光学的に走査する位置決定デバイス及び互いに相対的に移動可能なボディを備え且つ位置決定デバイスを備えるガイドシステム
【課題】測定ヘッドが小型で、構造の簡単な位置決定デバイスを提供すること。
【解決手段】マーカー１１、１２を備える測定スケール１０と、測定スケール１０に対して移動可能な測定ヘッド２１を備え、測定ヘッド２１は、測定スケール１０の画像を生成するテレセントリック光学系３０と、この画像を捕獲し、測定ヘッド２１の位置決定を可能とする信号を提供するセンサ４０を備え、テレセントリック光学系３０は、光軸３４を含む第１のレンズ要素３３と、レンズ要素３３の測定スケール１０とは逆側に面する焦点Ｆ１に配置されるアパーチャ３５を含む。テレセントリック光学系３０は、レンズ要素３３と一体のブロック３１を備え、ブロック３１の表面３２の第１の領域３２．１がレンズ要素３３の表面を形成し、アパーチャは、表面３２の第２の領域３２．２に設けられ、光軸３４に対して鋭角で傾斜した第１のミラー表面３５として実現される。
【解決手段】マーカー１１、１２を備える測定スケール１０と、測定スケール１０に対して移動可能な測定ヘッド２１を備え、測定ヘッド２１は、測定スケール１０の画像を生成するテレセントリック光学系３０と、この画像を捕獲し、測定ヘッド２１の位置決定を可能とする信号を提供するセンサ４０を備え、テレセントリック光学系３０は、光軸３４を含む第１のレンズ要素３３と、レンズ要素３３の測定スケール１０とは逆側に面する焦点Ｆ１に配置されるアパーチャ３５を含む。テレセントリック光学系３０は、レンズ要素３３と一体のブロック３１を備え、ブロック３１の表面３２の第１の領域３２．１がレンズ要素３３の表面を形成し、アパーチャは、表面３２の第２の領域３２．２に設けられ、光軸３４に対して鋭角で傾斜した第１のミラー表面３５として実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定スケールと、この測定スケールを光学的に走査するために測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとによる、位置決定デバイス、及び、第１のボディと該第１のボディに対して移動可能で且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを備え、且つ位置決定デバイスを備えるガイドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、測定スケールと各測定スケールを光学的に走査する測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとを備える位置決定デバイスであって、その測定スケールが、一つ以上の位置をマークするためのマーカーを含み、測定ヘッドが、測定スケールの画像を生成するための光学系と測定スケールの画像を捕獲し且つ信号を提供するためのセンサを備え、前記信号が、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする、位置決定デバイスは、公知である。
【０００３】
各測定スケールを如何に具体化するかによって、例えば、初期位置に対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定するために、又は、測定ヘッドの絶対位置を記録するためにそのようなデバイスが使用可能である。
【０００４】
そのようなデバイスが、測定スケールに対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定できるようにするために、各測定スケールを、例えば、増分スケールとして具体化することができ、従って、周期的に且つ所定のライン（「トラック」）に沿って同じ距離で配置される一連の複数の同一マーカーを備えることができる。簡単な他の例では、光学系は、例えば、レンズを備えることができ、このレンズは、そのような増分測定スケールの光学走査を行うようにレンズに対して固定されて配置されている、光電検出器の形態のセンサにそれぞれのマーカーの光画像を投射する。測定スケールに対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定するために、測定ヘッドは、マーカーのトラックに沿って移動する。それによって、測定ヘッドの移動は、信号の周期変化となり、例えば、センサが通過したマーカーの数に関する情報を提供する。更に、マーカーのトラックに沿った測定ヘッドの異なる位置に対して記録された信号を補間するため、隣接するマーカー同士間の距離よりも小さい誤差でマーカーに対する測定ヘッドを位置決定することができる。
【０００５】
上述の位置決定デバイスは、測定スケールに対する測定ヘッドの絶対位置を決定するように設計可能である。このために、測定スケールは、各々が所定のライン（「トラック」）に沿って特定の絶対位置を指定する、一つ以上の基準マーカーを備えることができる。その位置を決定するために、前述のタイプの測定ヘッドは、測定ヘッドによってそれぞれの基準マーカーを光学的に走査するように、所定のラインに沿って移動可能である。それによって、測定ヘッドの移動は、測定ヘッドが基準マーカーの一つで検出されるか否かを指す信号の変化となって表れる。任意の位置における測定ヘッドの各絶対位置を決定するため、特定の基準マーカーに対する測定ヘッドの相対位置の変化が、測定され、例えば、そこでは、測定ヘッドの相対位置の各変化が、増分測定スケールのマーカーを走査することによって決定される。
【０００６】
前述のタイプの位置決定デバイスは、例えば、第１のボディとこの第１のボディに対して移動可能で且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを備え、それによって、第１のボディに対して第２のボディの位置決定を可能とするタスクを有するガイドシステム（例えば、直線ガイドと回転ガイド）との組み合わせで、使用可能である。このため、各位置決定デバイスの測定スケールは、例えば、第１のボディに対して固定されて配置され、各測定ヘッドは、第２のボディに対して固定されて配置される。
【０００７】
前述のタイプのガイドシステムに関して、現在、段階的に小型化へ向かう傾向がある。従って、特に、「小さな」寸法からなるガイドへ統合可能な前述のタイプの位置決定デバイスの要求がある。前述のタイプの位置決定デバイスは、更に、高精度で位置決定を可能にし、この精度は、第２のボディが比較的高速で第１のボディに対して移動する事象においてでさえ保障される。位置決定デバイスは、更に、可能な限り高いコスト効率で製造され、且つ可能な限り少ない組み付け努力でガイドシステムへ統合されることが可能である。
【０００８】
しかしながら、上述の要求に関して、第１のアプローチが現在追及されているが、これらの要求の個別の部分的態様を考察するに過ぎない。
【０００９】
ガイドレールの形態の第１のボディとそのガイドレールに沿って移動可能な第２のボディを備え、且つガイドレールに対して第２のボディの位置を決定するための前述のタイプのデバイスを備える線状のガイドシステムであって、各測定スケールが、前記ガイドシステムの場合、各ガイドレールの表面の処理によって実現される線状のガイドシステムが特許文献１及び特許文献２として知られている。各測定スケールは、光学的走査のための走査ヘッドによって走査可能であるが、特許文献１及び特許文献２は、そのような測定ヘッドがどのように構成されるかについての情報を含んではいない。従って、この場合、測定スケールは、ガイドレールに組み付けられなければならない別個の部品ではなく、ガイドレールの表面に統合されている。その結果、測定スケールの個々のマーカー自体が少量の空間を必要とするに過ぎないので、測定スケールのガイドレールへの統合が、空間を節約することになる。測定スケールが、ガイドレールへ組み付けられなければならない別部品として実現されていないという事実に起因して、更に、広範囲に及ぶ操作ステップ（例えば、ガイドレールに対する別部品の調節及びその別部品のガイドレールへの永久固定）は、最早必要ない。
【００１０】
測定スケールを備えると共にその測定スケールを光学的に走査するために測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドを備える位置決定デバイスは、特許文献３から公知であり、そこでは、その測定ヘッドは、測定スケールの画像を生成するための所謂「テレセントリック」光学系と、測定スケールの画像を捕獲ため且つ信号を提供するためのセンサと、を備え、前記信号は、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする。この場合、テレセントリック光学系は、測定スケールに対して距離をおいて配置され且つ光軸を含む第１のレンズ要素と、不透光性の材料で作られた絞りに具体化される、光透過性開口の形態のアパーチャを備え、このアパーチャは、測定スケールから離れる側に面するレンズ要素側に第１のレンズ要素の焦点に配置される。アパーチャの上述の配置に起因して、このテレセントリック光学系の場合におけるアパーチャは、（測定スケールから始まって）レンズ要素の光軸に平行なレンズ要素に衝突する、または、せいぜい、サイズが各開口のサイズの関数であり（且つアパーチャの表面が小さくなればなる程小さくなる）「小さな」角度範囲内で光軸に対して傾斜される光ビームのみが、光学系によって生成される測定スケールの画像に寄与できるように、アパーチャが光学系（光路）を通る光ビームのコースを制限するという効果を有する。このアパーチャは、測定スケールとレンズ要素との間の距離が変化される場合に、光学系がセンサ上に生成する測定スケールの各画像のサイズが、それぞれ変化しないか又は僅かしか変化しないという効果を有する。従って、前述の光学系は、測定スケールの各画像が、比較的大きな焦点深度で生成され、従って、測定スケールに対する測定ヘッドの所定距離が、比較的大きな許容範囲で維持される必要があるに過ぎないという利点を有する。その結果、測定ヘッドは、比較的単純な手段によって、各要求精度で測定スケールに対して位置決めされ、それによって、測定スケールに対する測定ヘッドの組み付けが、比較的簡単な方法で実行される。特に、各アパーチャの表面が小さくなればなる程、前述の許容範囲が大きくなる。他方、前述の光学系は、特に、測定スケールに対して垂直な方向に比較的大きな空間を必要とする不利益を有する。このように、測定ヘッドの小型化は、制限されており、その結果、そのような測定ヘッドは、比較的大きな空間を必要とすることに起因して、小さなガイドシステムに対しては適さないことになる。
【００１１】
更に、異なる特性を有する異なる物質から作られ且つ高精度で所定の距離に組み立てられなければならない比較的多数の異なる個別の部品がこの光学系を実現するために必要とされる。例えば、レンズ要素は、光透過性材料から造られる個別のボディである。アパーチャが具体化される絞りは、（前述のように）光不透過性である材料から造られる更に別個のボディであり、このボディは、アパーチャを作るように処理されなければならず、且つレンズ要素の焦点に位置されなければならない。このように、測定ヘッドの製造は、広範囲に及び、従って高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０３３６２１Ａ１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／００３０６５Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第７，１８６，９６９Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、上述の不利益を回避する目的に基づき、位置決定デバイスを製造することであり、このデバイスは、測定スケールを光学的に走査するためのテレセントリック光学系を備える測定ヘッドを含み、その測定ヘッドは、比較的に少量の空間を必要とし、単純な方法で設計される。また、該デバイスは、第１のボディとこの第１のボディに対して移動可能な第２のボディを備えるガイドシステムと組み合わされて使用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を備える位置決定デバイスによって達成される。
【００１５】
このデバイスは、位置をマークするための少なくとも一つのマーカーを備える測定スケールと、前記測定スケールを光学的に走査するために、前記測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとを備え、前記測定ヘッドは、前記測定スケールの画像を生成するためのテレセントリック光学系と、前記測定スケールの画像を捕獲するため且つ信号を提供するためのセンサとを備え、前記信号は、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする。テレセントリック光学系は、測定スケールに対して所定の距離に配置されると共に光軸を含む第１のレンズ要素と、測定スケールから離れる側に面するレンズ要素側に第１のレンズ要素の焦点に配置される開口とを備える。
【００１６】
本明細書において、「アパーチャ」は、「デバイス」と呼ばれ、このデバイスは、光学系内の光ビームの伝播を各デバイスに衝突するこれらの光ビームへ制限する。上述のように、そのようなデバイスは、例えば、光不透過性である材料の絞り中の光透過性開口として実現でき、各アパーチャは、開口のエッジによって制限される。或いは、「アパーチャ」は、反射ミラーとして実現されてもよく、その場合、このアパーチャは、各ミラーのエッジによって制限される。
【００１７】
レンズ要素の焦点に配置されるアパーチャは、以降、「テレセントリックアパーチャ」と呼ばれる。
【００１８】
本発明のデバイスの場合、テレセントリック光学系は、表面を含むブロックを備え、第１のレンズ要素は、そのブロックの一体コンポーネントであり、そのブロックの表面の第１の領域は、第１のレンズ要素の表面を形成する。（テレセントリックアパーチャとしての）アパーチャは、更に、ブロックの表面の第２の領域に具体化されると共に第１のレンズ要素の光軸に対して傾斜される第１のミラー表面の形態で実現される。
【００１９】
それに従うと、測定スケールに向く第１のレンズ要素の表面と測定スケールの画像を捕獲するセンサとの間で光学系（光路）を通る光ビームのコースに影響を及ぼす光学系の全てのコンポーネントは、単一の（１個の）ブロックのコンポーネントであり、例えば、屈折境界表面として（例えば、レンズ要素として）、又は反射表面（ミラー）としてこのブロックの表面に具体化される。
【００２０】
そのようなブロックは、従来の手段、例えば、そのような手段を実行するのに適する対応するモールドによるプラスチックの射出成形や射出圧縮成形による成形部品として比較的に簡単な方法（例えば、２〜３の操作で）で製造可能である。その結果、そのようなブロックは、コスト効率の高い方法で大量に製造可能である。
【００２１】
これに従えば、本発明のデバイスの測定ヘッドは、２〜３のコンポーネントのみからできており、その結果、ほとんど労力を要せず組み付けられる。
【００２２】
テレセントリックアパーチャが、ミラー表面として具体化されるという事実は、レンズ要素とテレセントリックアパーチャとが、一つの材料から作られ且つ同一の操作で造られる単一の（１個の）ボディへ一体化できる要件を提供する。本発明のデバイスの場合において、入射光を境界表面で反射するのに適する適切に配置されたその境界表面は、テレセントリックアパーチャを実現するように、レンズ要素からなるそのボディの表面の特定の領域にのみ作られなければならない。この境界表面の反射率を増加するために、必要ならば、適切なコーティングを有する境界表面を提供することが有利である。
【００２３】
それに反して、特許文献３から公知の光学系の場合において、レンズ要素とテレセントリックアパーチャは、異なる材料の異なるワークピースを処理することによって互いに別個に製造されなければならず、且つ続いて所定に方法で互いに相対的に配置されなければならない。
【００２４】
従って、特許文献３から公知の光学系と比較して、本発明のテレセントリック光学系の場合、より少数の個別のコンポーネントが、組み付けられる必要があるに過ぎず、本発明の光学系のアセンブリが、より少ない努力で接続されることは明らかである。
【００２５】
更に、本発明のテレセントリック光学系がミラー表面として具体化されるという事実は、本発明のテレセントリック光学系が比較的少量の空間を必要とするという要件を提供する。これは、測定スケールに対して垂直な方向へのブロックの延長が、ミラー表面としてのテレセントリックアパーチャの実施形態に起因して、レンズ要素の各焦点距離に対応する距離へ実質的に制限されるためである。これはまた、レンズ要素の光軸の方向にレンズ要素に衝突するこれらの光ビームが、（テレセントリックアパーチャを形成する）第１のミラー表面で反射され、それによって光ビームが、レンズ要素の光軸に沿ってテレセントリックアパーチャを越えて伝播できないためである。
【００２６】
しかしながら、特許文献３から公知の光学系の場合において、測定スケールに対して垂直な方向への光学系の延長が、各レンズ要素の焦点距離よりもかなり大きく、従って、各レンズ要素が同じ焦点距離の場合における本発明のテレセントリック光学系の対応する延長よりもかなり大きい。
【００２７】
本発明のテレセントリックアパーチャが、第１のレンズ要素の光軸に対して傾斜しているミラー表面として具体化されるという事実に起因して、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームが、少なくとも一度屈折される光路を含むということが実現される。このように、テレセントリック光学系によって生成される測定スケールの画像が、レンズ要素から及びテレセントリックアパーチャから分離される空間領域内に生成可能であることが確実となる。このことを通して、測定スケールの画像を捕獲するセンサが、レンズ要素から及びテレセントリックアパーチャから空間的に分離されるブロックの表面の領域に位置決めされ、それによって、センサが、光路と干渉せず、且つ測定スケールの生成画像の品質に悪影響を及ぼさないことが確実となる。
【００２８】
第１のミラー表面が光軸に対して傾斜される角度を適切に選択することによって、更に、光学系が、測定スケールに平行な方向である場合でさえ、可能な限り小さな少量の空間を必要とし、及び、それによって、ブロックの容量を最小化できることが達成可能である。このことによって、本発明のテレセントリック光学系のコンパクトな設計が確実となる。
【００２９】
従って、本発明のデバイスの実施形態の場合において、センサを、ブロックの表面の第３の領域に配置可能である。更に、第１のミラー表面を、光が、第１のレンズ要素を介して光軸に沿ってブロックに入射され、それによって入射された光が第１のミラー表面で反射されてブロックの表面の第３の領域でブロックを出るように配置可能である。ブロックは、第１のレンズ要素が、センサの表面で（所定の許容範囲内で）測定スケールの実画像を生成するように、測定スケールに対して配置可能である。第１のミラー表面が、テレセントリックアパーチャとして具体化されるという事実に起因して、光軸に対して実質的に平行な第１のレンズ要素に衝突する光ビームは、実質的に測定スケールの画像に対して寄与する。この場合、これらの光は、第１のミラー表面に衝突し、第１のミラー表面で反射された後に、続いてセンサに衝突する。
【００３０】
本発明のデバイスの上述の実施形態の更なる発展は、一つ以上の第２のミラー表面がブロックの表面の第４の領域に具体化されること、及び光が、第１のレンズ要素を介して光軸に沿ってブロックに入射され、それによって各入射された光が第１のミラー表面、続いて第２のミラー表面の少なくとも一つで反射され、最終的に表面の第３の領域でブロックを出るように、それぞれの第２のミラー表面が、第１のミラー表面に対して配置されることに特徴がある。この実施形態の場合において、光ビームは、レンズ要素と（ブロックの表面の第３の領域に配置される）センサとの間の途中で少なくとも二つ以上のミラー表面で反射され、そこでは、各光ビームの方向が、各ミラー表面での各反射に応答して変化する。例えば、それぞれのミラー表面は、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームが、センサへの途中でブロックの両側で一度又は数回前後に反射されるように配置可能である。このことを通して、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームは、数回屈折される光学系を通る光路を含むということが達成される。このように、光学系が特にコンパクトな方法で構成可能であるという事実のために要件が作られる。即ち、光路が屈折される頻度が多くなる程、ブロックの容量がより小さいように選択でき且つブロックによって占有される空間がより小さくなる。しかしながら、それぞれのミラー表面が、それらの光学品質に関して満足しなければならない要件は、光路の屈折回数に従って増加することに留意すべきである。
【００３１】
本発明のデバイスの実施形態は、測定スケールの少なくとも一つの領域が照明される少なくとも一つの光源を備える照明デバイスを備え、測定スケールのこの領域の画像がテレセントリック光学系によって生成可能であり且つこの画像がセンサによって捕獲可能であるように、測定スケールのこの領域が配置される。例えば、そのような光源は、各光源によって生成される光が途中でブロックを通過するように進み、測定スケール又は照明される測定スケールの領域に到達し、それによって、この光がブロックの表面に衝突することなく測定スケールに到達するように、ブロックの隣に配置可能である。光源のこの配置によって、光源の光の大部分が、ブロックの表面で散乱されることを防止し、測定スケールに衝突することなくセンサに到達する。このことを通して、光源によって照明される測定スケールの領域の、光学系が生成する画像が、高いコントラストを含むことが実現される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、光源として適する。
【００３２】
本発明のデバイスの更に他の例において、照明デバイスの各光源は、光源によって生成される光がブロックの表面の領域でブロックに入射され、且つブロックの他の表面の領域で出されるように配置される。この場合、各光源によって生成される光は、途中でブロックを通過するように進み、測定スケール又は照明される測定スケールの領域に到達する。各光源のこのような配置には、各光源が、その光源によって照明される測定スケールの領域から比較的に離れて配置可能であるという利点がある。各光源が、例えば、測定スケールから離れる側に面するブロック側に配置されるブロックの表面の領域に位置決め可能である。この場合、各光源には、例えば、その光源の組み付けを容易にする、又はその光源の他の光源との交換を簡単にする特に簡単な方法でアクセスできる。更に、各光源のこの構成によって、全体としてブロックへ組み付け可能なモジュールユニットとして、光源とセンサを、必要ならば、更に電気コンポーネントを統合する可能性を提供する。このことは、それぞれ電流源又は電圧源へ接続される必要がある測定ヘッドのこれらのコンポーネントの組み付けを単純化する。
【００３３】
本発明のデバイスの前述の他の例の更なる発展において、照明デバイスの各光源によって生成される光が出されるブロックの表面のその領域は、曲率を含み、それによって、その表面のこの領域がレンズ要素を形成する。このレンズ要素は、ブロックから出される光の強度の空間分布に影響を及ぼす可能性を提供する。このことは、照明される測定スケールの領域において、光源によって生成される光の強度の空間分布を最適にするように働く。このレンズ要素は、例えば、それが、光源によって生成された光をコリメートする、或いはそれを測定スケール上に集めるように形成及び配置可能である。
【００３４】
本発明のデバイスの上述の他の例の更なる発展では、反射表面が、ブロックの表面の一領域に具体化され、照明デバイスの各光源の、ブロックに入射される各光が、この反射表面で反射されるように前記反射表面が配置される。この場合、ブロックの表面の領域によって光源によって生成される光の伝播の方向に影響を及ぼす可能性が使用される。即ち、光源の光が、表面の各領域で反射によって各望ましい方向へ向けられるように光源とブロックの表面の各領域の空間配置が互いに調整可能である。
【００３５】
本発明のデバイスの更に他の例は、一つ以上の光導体を備え、それぞれの光導体は、照明デバイスの各光源によって生成される光がそれぞれの光導体の一つを介してブロックへ入射されるように配置される。光導体は、例えば、個別のコンポーネントであってもよく、且つ各ブロックにおいて具体化される凹所に配置可能である。他の例では、各光導体は、ブロックに統合可能である。各光導体は、特に、光がブロックから出されるブロックの表面の領域において光源によって生成される光の強度の空間分布に影響を及ぼす更なる可能性を提供する。特に、光導体は、ブロックに入射される光の強度の空間分離が、光導体の長さに実質的に依存しないように具体化される。従って、この場合、各光源によって生成される光は、光の伝播方向に沿って（光の分布方向に対して垂直な平面内で測定される）光の強度の空間分布を実質的に変更することなく、光導体によって、比較的大きな距離を横切って、例えば、測定スケールの近傍内にガイドされる。
【００３６】
本発明のデバイスの一実施形態は、各々が、増分的に配置される複数のマーカーを備える一つ以上の増分トラック及び／又は一つ以上の基準マーカーを備える一つ以上の基準トラックを含む測定スケールを備える。
【００３７】
この実施形態の更なる発展は、測定スケールが、互いに隣接して配置される複数のトラックに配置される複数のマーカーを含み、且つ照明デバイスが、複数の光源を備え、前記光源は、トラックの一つが、それぞれの光源の一つによって照明され且つトラックの他の一つがそれぞれの光源の他の一つによって照明されるように配置されることを特徴とする。そうする場合、互いに比較的に大きな距離を有するマーカーの異なるトラックは、マーカー自体が所定の（最適な）光強度で照明されると共にそれぞれのトラック間の空間が、照明されない又は比較的低い光強度で照明されるに過ぎないように、互いに関して独立して照明される。そうする場合、異なるトラックを照明するために必要なエネルギーは、最小化できる。そうする場合、照明デバイスが、過剰な量の熱を発生することを防止し、且つ必要ならば、照明デバイスの直ぐ近くの熱感知コンポーネント（例えば、センサ、他の電子コンポーネントや熱感知材料）に衝撃を与える、又はそれを損傷することを防止する。
【００３８】
本発明のデバイスの一実施形態は、照明デバイスの各光源によって生成される光が、反射表面領域で反射され、それによって、各反射光が第１のレンズ要素に衝突しないように配置される反射表面領域に各マーカーのエッジが隣接するように測定スケールが具体化されることを特徴とする。マーカーが照明デバイスによって照明される場合に、第１のレンズ要素を通過してブロック内に透過できる散乱光がマーカーで生成されるように、各マーカーは更に具体化される。測定スケールが、上述の条件下で照明デバイスの各光源によって照明される場合、各マーカーによって生成される散乱光の入力は、第１のレンズ要素を集合的に透過する光の強度に対して（特に、必要ならば、第１のレンズ要素に向かう方向へ反射表面領域で散乱される可能性のある光の対応する入力と比較して）比較的に大きい。このことを通して、光学系が、各々、照明デバイスによって照明される測定スケールの領域の画像を生成し、そこでは、各反射表面領域の画像が、各マーカーに比較して相対的に暗く表れるか、各マーカーが、各マーカーに隣接する反射表面領域に比較して相対的に明るく表れることが実現される。従って、「ダークフィールド」照明が、この場合、実現され、各マーカーの特に高いコントラスト画像を生成することを可能とする。
【００３９】
本発明のデバイスの一実施形態は、各光源の光を透過しない仕切りが、照明デバイスの各光源とブロックとの間に配置されることを特徴とする。各照明されたマーカーで生成される散乱光が第１のレンズ要素に衝突すると共に測定スケールで反射される光の一部が第１のレンズ要素に衝突できないように各光源によって生成される光が、測定スケールの所定の領域を照明しない限り、その各光源によって生成される光がセンサに到達できないように、仕切りボディを配置又は成形可能である。この仕切りボディは、ブロックと照明デバイスの支持体として具体化できる。このため、仕切りボディは、例えば、一個のものに具体化でき、且つ二つの別個のチャンバを含むことができ、その場合、チャンバの一方は、ブロックを収容するように働き、チャンバの他方は、照明デバイスを収容するように働く。チャンバの両方は、各々、測定スケールに面する側に、開口を含み、それによって、一方では、所定の領域測定スケールが、照明デバイスによってこれらの開口の一方を介して照明され、他方では、マーカーで散乱される光が、測定スケールの照明された領域から他方の開口を通って第１のレンズ要素へ出ることができる。
【００４０】
また、本発明の位置決定デバイスは、第１のボディと第１のボディに対して移動可能で、且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを含むガイドシステムと組み合わせて使用可能である。本発明のデバイスの測定スケールは、第１のボディに対して固定するように配置され、且つ本発明のデバイスの測定ヘッドは、例えば、第２のボディに対して固定するように配置される。ガイドシステムは、例えば、線形ガイド又は回転ガイドであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ガイドレールの形態の第１のボディを備え、ガイドレール上を移動するガイドキャリッジの形態の第２のボディを備え、且つ本発明の位置決定デバイスを備え、このデバイスが、測定スケールとこの測定スケールを光学的に走査するための測定ヘッドとを備える、線形ガイドの形態のガイドシステムの斜視図を示す。
【図２】図１のガイドレールの一部と測定スケールの一部の斜視図を示す。
【図３】測定ヘッドが取り外され、測定ヘッドを収容する凹所が見える、図１のガイドキャリッジを示す。
【図４】図１の測定ヘッドを異なる方向から見た斜視図を示す。
【図５】図１の本発明の位置決定デバイスの第１の実施形態を示し、本発明のテレセントリック光学系と測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの第１の実施形態を備える、ガイドレールの長手方向における断面図を示す。
【図６】（Ａ）は図５のテレセントリック光学系の一部を示し、（Ｂ）は従来のテレセントリック光学系の一部を示す。
【図７】図１のガイドレールと測定スケールの断面と測定スケールの照明とその照明の効果の概略図である。
【図８】図１の測定ヘッドのセンサの概略図（ブロック図）を示す。
【図９】図５のテレセントリック光学系によって生成される測定スケールの画像を捕獲することに応じて図８のセンサの一部の概略図である。
【図１０】図５のテレセントリック光学系を備えるが、測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの異なる（第２の）実施形態を備える、図１の本発明の位置決定デバイスの第２の実施形態を示す。
【図１１】図５のテレセントリック光学系を備えるが、測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの異なる（第３の）実施形態を備える、図１の本発明の位置決定デバイスの第３の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
更に、本発明の詳細及び特に本発明のデバイスの例示の実施形態は、添付の図面によって以下に定義される。
【００４３】
図１は、直線状のガイドレール（第１のボディ）２、そのガイドレール２上に配置され且つそのガイドレール２に沿って移動可能なガイドキャリッジ（第２のボディ）３、及びガイドレール２に対してガイドキャリッジ３の位置決定をするための本発明のデバイス５の第１の実施形態を備える線状のガイドシステム１を示す。
【００４４】
ガイドキャリッジ３は、回転体（図示せず）を介してガイドレール２上に支持されており、これらの回転体は、ガイドキャリッジ３内に設けられた複数のチャネル４内に配置されており、ガイドキャリッジ３がガイドレール２に沿って移動されると、回転体は、それぞれガイドレール２に対して又はガイドキャリッジ３に対して各チャネル４内を移動する。
【００４５】
デバイス５は、測定スケール１０と、この測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１を備える走査デバイス２０とを備える。
【００４６】
図１及び図２に示されているように、測定スケール１０は、ガイドレール２のガイドキャリッジ３に面する（上）表面２．１に、特に、ガイドレール２のエッジ２’に設けられる。ガイドレール２をアセンブリ要素（ここでは図示せず）へ取り付けるための孔１５が、ガイドレール２の中央領域に存在する。測定スケール１０は、エッジ２’と孔１５との間のストリップ形状の表面領域に十分な空間を必要とし、ガイドレール２の全長（途切れることなく）にわたって延出する線形測定スケールとして具体化できる。この例示の実施形態において、測定スケール１０は、光センサがそれを走査できるように具体化される（この点は、図５と図７〜９に関連して以下でより詳細に記述される）。
【００４７】
図３は、（回転体とそれらの回転体のためのガイドを示さない）ガイドキャリッジ３を詳細に示す。ガイドキャリッジ３は、典型的な方法で具体化される。測定ヘッド２１を収容するように働く凹所２５は、ガイドキャリッジ３の上側にある。測定ヘッド２１で測定スケール１０の光学走査するために、凹所２５は、孔２５．１を備え、この孔２５．１は、ガイドキャリッジ３を貫通して延び、且つ測定スケール１０の一部を光学手段によって孔２５．１を介して走査できるように測定スケール１０の上方に具体化される。孔２５．１は、ガイドキャリッジ３の高い機械的安定性を確保するようにできる限り小さく保たれる。
【００４８】
図４は、走査デバイス２０の詳細を示す。走査デバイス２０は、測定ヘッド２１と供給デバイス２６を備え、この供給デバイス２６は、ケーブル２７を介して（又は印刷回路ボードを有する代替物によって）測定ヘッド２１へ接続され、更に、一方では測定ヘッド２１へのエネルギーの供給を確実にし、他方では、測定ヘッド２１と制御ユニットとの間での制御と測定信号の交換を行うように（図示されない）制御ユニットへ接続される。
【００４９】
図２に示されているように、測定スケール１０は、表面２．１のエッジ２’に平行に延び、複数の（等距離の）マーカー１１を備える増分トラック１１’と、基準マーカー１２を備える基準トラック１２’と、を備える。本ケースでは、基準マーカー１２は、増分トラック１１’の隣に配置される。本例では、マーカー１１と基準マーカー１２は、それぞれ直線構造であり、それらの長手軸は、ガイドレール２の長手方向に対して垂直に、従って、トラック１１’と１２’の長手方向に対して垂直に配置される。それによって、測定ヘッド２１は、ガイドキャリッジ３がガイドレール２に沿って移動する時に、基準トラック１２’のマーカー１２並びに増分トラック１１’のマーカー１１を、測定ヘッド２１によって走査できるようにガイドキャリッジ３に配置される。
【００５０】
マーカー１１と１２は、例えば、（特許文献１から公知のように）レーザビームによって表面２．１を処理することによって表面２．１上に生成可能である。このように生成される増分トラック１１’のマーカー１１は、例えば、マーカー１１が、例えば、増分トラック１１’の長手方向において５μｍの幅で延び、且つそれぞれのマーカー１１が、略１０μｍの距離で増分トラック１１’に沿って配置されるように寸法が決められる。
【００５１】
本ケースでは、基準マーカー１２は、二つの孔１５の間のガイドレール２の中央領域（略中心）に配置される。この配置は、孔１５の直径よりもそれほど広くなく、従って、測定スケール１０を配置するために少量の空間を提供するに過ぎない狭いガイドレール２の場合に特に有利である。
【００５２】
図５は、ガイドレール２の長手方向における断面図で図１のデバイス５を示し、ここでは、測定ヘッド２１と、測定スケール１０を含むガイドレール２のみが図示されている。その図から理解されるように、測定ヘッド２１は、測定スケール１０に対して距離Ｄに配置されている。
【００５３】
測定ヘッド２１は、とりわけ：
‐測定スケール１０の画像を生成するためのテレセントリック光学系３０、
‐テレセントリック光学系３０によって各々生成される各画像を捕獲し、測定スケール１０のマーカー１１及び／又は１２の登録及び測定スケール１０に対する測定ヘッド２１の位置の決定を行うために信号を提供するセンサ４０、及び
‐測定スケール１０を照明するための照明デバイス３８を備える。
【００５４】
測定ヘッド２１の出力信号を、ガイドレール２に対してガイドキャリッジ３によってカバーされた距離及び／又はガイドレール２に対するガイドキャリッジ３の現在位置を指定するデータへ制御ユニットによって最終的に変換できる。
【００５５】
テレセントリック光学系３０は、第１のレンズ要素３３を備え、このレンズ要素３３は、測定スケール１０に対してある距離で配置され、且つそのレンズ要素３３が測定スケール１０に向くセンサ４０の表面４０．１上に測定スケール１０の実画像を生成するようにセンサ４０に対して固定するように配置される。図５に示されるように、測定スケール１０に向くレンズ要素３３の表面は、本例では、凸状に湾曲され、且つガイドレール２に対して実質的に垂直に配置される光軸３４を含む。
【００５６】
図５に更に示されているように、第１のレンズ要素３３は、表面３２を有する（一体物である）ブロック３１の一体のコンポーネントであり、そこでは、ブロック３１の表面３２の（図５において矢印３２．１によって識別される）第１の領域３２．１が第１のレンズ要素３３の表面を形成する。
【００５７】
レンズ要素３３は、測定スケール１０とは逆側に面する側に、ブロック３１の表面３２の第２の領域３２．２（図５において矢印３２．２によって識別される）にある焦点Ｆ１を含む。これに従って、測定スケール１０に向くレンズ要素３３側から光軸３４に平行なレンズ要素３３に衝突する光は、レンズ要素３３を介して焦点Ｆ１上に集光される。本ケースでは、表面領域３２．２は、レンズ要素３３の光軸３４に対して角度φ（＜９０°）だけ傾斜される第１のミラー表面３５として具体化される。
【００５８】
図５に示されるように、本例のセンサ４０は、ブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３（矢印３２．３によって識別される）に位置決めされる。表面３２の領域３２．３は、各々、ブロック３１の測定スケール１０とは逆側に面する側に、第２の領域３２．２に隣接して又は第１のミラー表面３５に隣接して位置される。
【００５９】
図５に更に示されているように、ブロック３１は、測定スケール１０に面する側に、第２のミラー表面３６を形成する表面３２の第４の領域３２．４（矢印３２．４によって識別される）を含む。この第４の領域３２．４は、各々、第１の領域３２．１に隣接して又は第１のレンズ要素３３に隣接して配置される。
【００６０】
本例において、第１のミラー表面３５と第２のミラー表面３６は、第１のレンズ要素３３を通り光軸３４に沿ってブロック３１に入射され、その結果、第１のミラー表面３５に達する光が、最初に第１のミラー表面３５で、続いて第２のミラー表面３６で反射され、最終的に表面３２の第３の領域３２．３でブロック３１を出て、続いてセンサ４０の表面４０．１に衝突するように配置される。この事実を可視化するために、図５は、例えば、光軸３４のレンズ要素３３に衝突する光ビームのコースを示す。即ち、この光ビームは、最初に、焦点Ｆ１で第１のミラー表面３５に衝突し、第１のミラー表面３５で反射された後、一点鎖線３４．１に沿って第２のミラー表面３６へ進み、第２のミラー表面３６で更に反射された後一点鎖線３４．２に沿って第３の表面領域３２．３へ向かい、続いてブロック３１から出た後センサ４０に衝突する。従って、光ビームの光路は、第１のミラー表面３５並びに第２のミラー表面３６で（即ち、合計に２回）屈折される。
【００６１】
ミラー表面３５は、測定スケール１０に面するレンズ要素３３側からレンズ要素３３に衝突する光ビームのうちブロック３１を通過する時にミラー表面３５に衝突するそれらの光ビームのみがセンサ４０の表面４０．１に達することができるように光学系（光路）を通る光ビームのコースを制限する。ミラー表面３５がレンズ要素３３の焦点Ｆ１に配置されているという事実に起因して、ミラー表面３５は、テレセントリックアパーチャの効果を有する。それによって、（図５において二つの矢印３２．２によってマークされる）ミラー表面３５の外側エッジは、このアパーチャのサイズを決定する。
【００６２】
本例において、測定ヘッド２１の照明デバイス３８は、光源３８．１を備え、この光源によって、測定スケール１０の領域１０．１が照明される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として適切である。図５に示されるように、レンズ要素３３の光軸３４は領域１０．１の中心を通過し、それによって、測定スケール１０の領域１０．１の画像を、テレセントリック光学系３０によって生成でき、この画像をセンサ４０によって捕獲できることが確実となる。
【００６３】
光源３８．１は、光源３８．１によって生成される光が、θ＜９０°の角度（図５の一点鎖線３９が、光源３８．１によって生成される光ビームの方向を指定する）で測定スケール１０の領域１０．１に入るように、ブロック３１に隣接して配置される。本ケースにおいて、角度θは、測定スケール１０の領域１０．１に衝突し、且つその位置で方向性を持って反射される光の一部がレンズ要素３３に衝突せず、従って、センサ４０に達しないように選択される。そうすることで、せいぜい、測定スケール１０の領域１０．１に衝突し、そこから拡散されるように（光軸３４に実質的に平行に）散乱される光の一部がレンズ要素３３に衝突することで、センサ４０に到達可能となることが保障される。
【００６４】
図５に示されるように、測定ヘッド２１は、光源３８．１によって生成される光に対して透過性ではなく、且つ望ましくない散乱光がセンサ４０に達することを防止するように光源３８．１とブロック３１との間に配置される仕切りボディ５０を備える。
【００６５】
本例において、仕切りボディ５０は、ブロック３１、照明デバイス３８及びセンサ４０の支持体として働く。このために、仕切りボディ５０は、それぞれブロック３１が位置決めされる又は位置決めできる第１のチャンバ５０．１と、照明デバイス３８の各光源３８．１がそれぞれ位置決めされる又は位置決めできる第２のチャンバ５０．２を含む。
【００６６】
第２のチャンバ５０．２は、測定スケール１０に面する側において、開口部５０．４を含み、この開口部５０．４は、測定スケール１０の領域１０．１を照明デバイス３８の光源３８．１によって第２のチャンバのこの開口部５０．４を介して照明できるように配置される。また、第１のチャンバ５０．１は、測定スケールに面する側において、開口部５０．３を備え、この開口部５０．３は、テレセントリック光学系３０が第１の開口部５０．１の開口部５０．３を介して測定スケール１０の領域１０．１の各画像を生成できるように配置される。
【００６７】
更に、図５に示されているように、センサ４０は、一方ではセンサ４０の支持体として働き且つ異なる電気又は電子コンポーネント（図５には示されていない）をそれぞれ更に備える電子印刷回路ボード４５へ取り付けられ、これらのコンポーネントは、例えば、（ｉ）センサの電圧供給、（ｉｉ）センサの信号を処理するための電子回路、（ｉｉｉ）照明デバイス３８の光源３８．１に対する電流供給、（ｉｖ）光源３８．１の照明強度のためのコントローラ及び（ｖ）印刷回路ボード４５上のそれぞれの上述の電気又は電子コンポーネントと制御ユニットとの間でのライン４６を介する接続を確実としてライン４６を介する信号及び／又はデータの交換を行うインターフェースを備える。
【００６８】
図５に示されるように、印刷回路ボード４５は、本例では、ブロック３１の測定スケール１０とは逆側に面する側に配置され、且つブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３に実質的に平行に配向される。センサ４０は、印刷回路ボード４５のブロック３１とは逆側に面する側に配置される。ブロック３１を通過し且つ表面３２の領域３２．３においてブロック３１から出る光がセンサ４０の表面４０．１に到達できることを可能とするために、印刷回路ボード４５は、一部に、ブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３と対向して位置される連通孔４５．１を備える、それによって、センサ４０の表面４０．１が、各光によって孔４５．１を介してアクセスされる。
【００６９】
図６Ａと６Ｂは、本発明のテレセントリック光学系と従来の対応するテレセントリック光学系との比較を示す。
【００７０】
図６の（Ａ）は、図５のテレセントリック光学系３０を、ブロック３１の第１のミラー表面３５とは逆側に面する側におけるレンズ要素３３に対して所定距離の光軸３４上に配置されるオブジェクトＯ（本例では、両矢印）との組み合わせで示し、そこでは、前述の距離は、テレセントリック光学系３０が、ブロック３１の表面の第３の領域３２．３でオブジェクトＯの（拡大）実像ＢＯを生成するように選択される。更に、図６の（Ａ）は、オブジェクトＯでスタートし、テレセントリック光学系３０を通って画像ＢＯに至る二つの光ビームＬ１とＬ２のコース（光路）を示す。本例では、オブジェクトＯからスタートする光ビームＬ１とＬ２は、最初に、光軸３４に平行してレンズ要素３３へ衝突する。図６の（Ａ）から理解されるように、光ビームＬ１とＬ２は、それらが、レンズ要素３３の焦点Ｆ１で第１のミラー表面３５に衝突し、第１のミラー表面３５での反射及び第２のミラー表面３６での反射の後に画像ＢＯに達するように、レンズ要素３３でのブロック３１への入射に応答してそれらの方向を変化する。ブロック３１中でのビームＬ１とＬ２のコースが、第１のミラー表面３５と画像ＢＯとの間での二回屈折されるという事実に起因して、画像ＢＯは、オブジェクトＯに面するレンズ要素３３の表面に対して比較的短い距離で生成される。
【００７１】
図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）のオブジェクトＯを、特許文献３から公知である従来のテレセントリック光学系３０Ａとの組み合わせで示す。例えば、同一の物は、それぞれ図６の（Ａ）と（Ｂ）において同じ参照番号で識別される。テレセントリック光学系３０Ａは、光軸３４と焦点Ｆ１とを有するレンズ要素３３’と、光不透過性絞り３５’’に具体化され且つオブジェクトＯから離れる側に面するレンズ要素３３’側で光軸３４上の焦点Ｆ１に配置される開口３５’の形態のテレセントリックアパーチャを備える。図６の（Ａ）の状態と比較するために、オブジェクトＯは、図６の（Ｂ）の場合、光軸３４上に配置され、図６の（Ａ）のオブジェクトＯとレンズ要素３３との間の距離と等しいレンズ要素３３’までの距離を含むことが考えられる。更に、レンズ要素３３’は、図６の（Ａ）のレンズ要素３３と同じ焦点距離を有することが考えられる。これによると、図６の（Ｂ）の場合における焦点Ｆ１は、図６の（Ａ）のオブジェクトＯから焦点Ｆ１と同じオブジェクトＯからの距離を有する。図６の（Ｂ）から理解されるように、テレセントリック光学系３０Ａは、前述の条件下における図６の（Ａ）の画像ＢＯと同じサイズを含むオブジェクトＯの実像ＢＯを生成する。テレセントリック光学系３０Ａの場合において、画像ＢＯは、レンズ要素３３’から離れる側に面する絞り３５’’側に生成され、そこでは、画像ＢＯは、オブジェクトＯに比較して、画像ＢＯが大きければ大きいほど大きな絞り３５’’までの距離を含む。
【００７２】
各画像ＢＯを最も大きい可能性のある空間解像度を有するセンサで走査できるために、テレセントリック光学系３０及び３０Ａの場合において、各センサは、各光学系３０又は３０Ａがそれぞれ各画像ＢＯを生成する位置に、位置されなければならない。図６の（Ａ）と（Ｂ）から理解されるように、テレセントリック光学系３０の場合、画像ＢＯを走査するための各センサは、図６の（Ｂ）におけるレンズ要素３３’と画像ＢＯを走査する対応するセンサがテレセントリック光学系３０Ａの場合に配置されなければならない位置との間の距離よりもかなり小さいレンズ要素３３までの距離に配置できる。従って、テレセントリック光学系３０とこの光学系３０によって生成される画像を走査するためのセンサ４０とからなる測定ヘッド２１は、テレセントリック光学系３０Ａとこの光学系３０Ａによって生成される画像を走査するためのセンサとからなる対応する測定ヘッドよりもかなり小さくなるように設計できる。このことは、特に、光軸方向への測定ヘッド２１の延長に鑑みて当てはまる。
【００７３】
図７は、ガイドレール２の長手方向の表面２．１に対して垂直な断面の測定スケール１０の領域におけるガイドレール２の表面２．１の高さプロファイルを示し、且つ図５の照明デバイス３８による測定スケール１０の領域におけるガイドレール２の表面２．１の照明の効果を図示している。図７における矢印Ｂは、測定スケール１０に入射し且つ照明デバイス３８によって生成される光の伝播を特徴付ける光ビームの方向を示す。ガイドレール２が従来の線状のガイドシステムの典型的なガイドレール（例えば、スチール製）であることが以下では考えられる。従って、表面２．１は、例えば、研削及び／又はフライス加工により処理され且つ必要に応じて研磨によって機械仕上げされる実質的に平らな平面である。本例では、測定スケール１０のマーカー１１や基準マーカー１２のそれぞれは、各ガイドレール２の表面に直接に取り付けられ、且つ例えば、各表面を局所的に処理することによってレーザビームにより生成される。特許文献１から公知のように、レーザビームによる上述のタイプの表面の部分領域の処理は、一方では、陥凹が処理された部分領域（表面の非処理領域に比較して）に生じるという効果を有する。レーザビームによる各表面の処理は、更に、光の反射に関して特性の変化を生じる。即ち、レーザビームによって処理されていない表面の領域は、平らなミラーとして働き、このミラーは、入射する光ビームを表面に対する特定の（入射）角θで方向性をもって各反射光が一方向へ表面に対して（入射）角θと等しい（反射）角（反射の法則）で伝播するように反射する。レーザビームによって処理される表面の領域は、入射光の方向性反射を引き起こさないか又は僅かだけ引き起こすが、主に入射光の乱反射を引き起こし、即ち、各部分領域は、方向性を持って入射する光を全ての方向へ乱反射する。従って、測定スケール１０のマーカー１１は、図７において、表面２．１に具体化される陥凹として識別される（基準マーカー１２は、図示されていないが、マーカー１１と同じ高さプロファイルを有する）。図７において、（破線）矢印ＢＲは、各々、マーカー１１又は１２に隣接する表面２．１の領域において反射角θで方向性をもって反射される各反射光を表す。図７において矢印ＢＳは、マーカー１１の領域において（及び、従って、図示されていない基準マーカー１２の領域において）入射光Ｂを生成する広汎に乱反射された光の伝播方向を表す。理解されるように、マーカー１１で広汎に乱反射される光ＢＳの一部は、表面２．１に対して垂直に伝播し、従って、レンズ要素３３の光軸３４の方向に伝播する。それによって、各マーカー１１で広汎に乱反射される光ＢＳの一部が、レンズ要素３３を透過し得る。
【００７４】
照明デバイス３８によって生成される光Ｂの入射角θを、方向性をもって反射される光ＢＲがレンズ要素３３に衝突しないように選択することが有利である。この条件は、例えば、略４５°の入射角θに対して実現される。上述の条件下で、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像において、各々、マーカー１１又は１２に隣接する表面２．１の領域は暗く、マーカー１１又は１２のみが、各々、明るい領域として現れる。このように、テレセントリック光学系３０は、マーカー１１と１２の特に高いコントラスト画像を生成する。
【００７５】
図８は、測定ヘッド２１のセンサ４０の概略図（ブロック図の形態で）を示す。センサ４０は、以下を備える。
‐テレセントリック光学系３０によって生成される画像を空間解像度様式で捕獲するための感光面４１；本例では、感光面４１は、互いに平行に配置される４個のセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３とＰ４、及びセンサフィールドＰ５を含む光検出器（画素）の配置を備え、そこでは、センサラインＰ１〜Ｐ４は、テレセントリック光学系３０によって生成される増分トラック１１’のマーカー１１の画像を捕獲するように働き、センサフィールドＰ５は、テレセントリック光学系３０によって生成される基準トラック１２’のマーカー１２の画像を捕獲するよう働くと共に以下の特徴を有する：センサラインＰ１〜Ｐ４の各々は、センサラインの長手方向における光強度の空間分布を捕獲し、そこでは、各センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、一つの（典型的には、アナログ）信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４を各々（この順序で）提供し、前記信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４は、各々、各センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４によって、各々、捕獲される光強度分布を表す；センサフィールドＰ５は、センサフィールドＰ５上で光強度の空間分布を捕獲する光検出器（画素）の２次元配置よりなり、そこでは、センサフィールドＰ５は、捕獲された光強度分布を表す信号Ｓ５を提供する；
−信号Ｓ１〜Ｓ４及びＳ５を処理するための電子回路４２は、各々、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４を受信するための４本のライン及びセンサフィールドＰ５の信号Ｓ５を受信するための１本のラインを介して感光面４１へ接続され、この電子回路は、それぞれの信号Ｓ１〜Ｓ５の電子処理（例えば、それぞれの信号Ｓ１〜Ｓ４の増幅及び／又は線形化及び／又は望ましい電気ＤＣ電圧レベルの比較）を実行し、各々、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４又はＳ５の各々に対して対応する処理信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’又はＳ５’を提供する、及び
−信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’及びＳ５’の評価によって測定スケール１０に対するセンサ４０の位置を決定するための電子回路４３であって、電子回路４３は、各々、信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’又はＳ４’を受信するための４本のライン及び信号Ｓ５’を受信するための更に一本のラインを介して電子回路４２へ接続される。
【００７６】
図８において更に示されるように、電子回路４３は、第１のデジタル出力チャネル４４．１と第２のデジタル出力チャネル４４．２を有するインターフェース４４を備える。第１のデジタル出力チャネル４４．１を介して、電子回路４３は、信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’Ｓ４’の評価によって決定される増分トラック１１’に対するセンサ４０の位置を符号化するデジタル出力信号Ａ１を提供する。第２のデジタル出力チャネル４４．２を介して、電子回路４３は、信号Ｓ５’の評価によって決定される基準トラック１２’に対するセンサ４０の位置を符号化するデジタル出力信号Ａ２を提供する。出力信号Ａ１とＡ２は、各々、デジタル出力信号４４．１又は４４．２を介して制御ユニットによってアクセスされ、制御ユニットによって使用できる。
【００７７】
センサ４０の機能、特に、電子回路４３の機能は、図９によってより詳述され、以下に定義される。図９は、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像のセンサ４０の感光面４１上への投影を示す。ここでは、（図７に関連して説明されるように）各々が、マーカー１１又は１２によって拡散的に反射される光のみがレンズ要素３３に到達し、それによってマーカー１１又は１２のみが生成された画像に見られるように、測定スケール１０が、照明デバイス３８によって照明されることが考えられる。図９において、Ｂ１１で確認される各表面は、増分トラック１１’のマーカー１１の各生成された画像を表し、且つＢ１２で確認される各表面は、基準トラック１２’の基準マーカー１２の各生成された画像を表す。
【００７８】
本例において、テレセントリック光学系３０は、測定スケール１０の拡大画像をセンサ４０の感光面４１上に投影することが考えられる。測定スケール１０の各画像は、測定スケール１０に比較して、例えば、２．５倍だけ（又は他の倍率だけ）拡大される。拡大画像の場合、非拡大画像を捕獲するように設計される対応するセンサよりも大きな表面を含むセンサラインＰ１〜Ｐ４又はセンサフィールドＰ５が、各々、画像を捕獲するために使用される。このことは、例えば、信号Ｓ１〜Ｓ４とＳ５の信号雑音比を改良することになり、（所定の時間内に）電子回路４３によってより正確に又は（所定の精度に応答して）より迅速に評価される信号Ｓ１’〜Ｓ４’又はＳ５’のための条件を提供する。
【００７９】
図９に示されるように、表面Ｂ１１は、（図９において両矢印によって確認される）周期ＬＳでトラック１１’の長手方向へ配置される、（図９において水平方向へ配向される）直線の周期的分割を定義し、そこでは、表面Ｂ１１は、実質的に矩形状に具体化され、且つトラック１１’の長手方向に対して垂直に向けられる長手軸を含む。図９において更に示されるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、実質的に矩形形状を有し、且つトラック１１’の長手方向に対して垂直に向けられる長手軸を含む。センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、更に同じ表面を含み、トラック１１’の長手方向に関して互いに隣り合って配置され、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、互いに同じ距離に配置される。
【００８０】
図９に示されるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４のサイズは、各々、全体においてトラック１１’の長手方向における全てのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の範囲が表面Ｂ１１の配置の周期ＬＳに対応するように選択される。従って、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、表面Ｂ１１の配置の周期を４つの等しい部分に分割する。図９から知られるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４のサイズは、更に、それが、基準トラック１２’の基準マーカー１２のそれぞれの画像、即ち、表面Ｂ１２を捕獲できるように選択される。
【００８１】
テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像を捕獲するために、測定ヘッド２１は、測定スケール１０の長手方向に移動され、その結果、センサ４０の感光面４１のセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、増分トラック１１’の画像の表面Ｂ１１に対して、且つセンサ４０の感光面４１のセンサフィールドＰ５が基準トラック１２’の画像の表面Ｂ１２に対してそのトラックの長手方向へ、例えば、図９の矢印６０の方向へ移動される。
【００８２】
センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４が、それぞれ増分トラック１１’の表面Ｂ１１に対して矢印６０の方向へ移動される場合に、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、それぞれ測定ヘッド２１の位置の関数として正弦曲線の形状に各々変化する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４を生成し、そこでは、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４の各々のコースが、長さＬＳの距離を通過する毎に位置の関数として周期的に同じようにそれ自体を繰り返す。更に、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４は、各々、異なる信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４間の位相差を除き、同一である：即ち、信号Ｓ４に比較して信号Ｓ３は、９０°の位相差を有し、信号Ｓ４に比較して信号Ｓ２は、１８０°の位相差を有し、且つ信号Ｓ４に比較して信号Ｓ１は、２７０°の位相差を有する。信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４の間のそれぞれの位相差が、このように既知であるという事実に起因して、電子回路４３は、異なる信号Ｓ１’〜Ｓ４’を捕獲でき、それらを互いに比較でき、例えば、互いに９０°だけ位相シフトされた二つの異なる信号から補間によって、増分トラック１１’の隣接するマーカー１１同士間の距離よりも小さな不正確さをもって測定ヘッドの各位置を決定できる。
【００８３】
電子回路４３は、増分トラック１１’の走査に応答してセンサが連続して通過するそれぞれの決定された位置を矩形波信号のシーケンスを形成する信号Ａ１の形態に符号化でき、それぞれの矩形波信号側は、各々、それぞれのマーカー１１に対する所定の位置を特徴付ける。
【００８４】
センサフィールドＰ５が基準トラック１２’の表面Ｂ１２に対して矢印６０の方向へ移動される場合、センサフィールドＰ５の光検出器は、表面Ｂ１２を横切る移動に応答して各表面Ｂ１２に対するセンサフィールドＰ５の位置の関数として変化する信号Ｓ５を生成する。電子回路４３は、表面Ｂ１２に割り当てられる信号Ｓ５を評価し、それから基準マーカー１２の一つに対するセンサ４０の又はセンサフィールドＰ５の変位を決定するように設計される。電子回路４３は、信号Ｓ５’の評価によって基準トラック１２’に対してセンサフィールドＰ５が取る位置を決定し、インターフェース４４によって第２のデジタル出力チャネル４４．２を介して出力されるデジタル信号Ａ２の形態で各決定された位置を符号化する。
【００８５】
図１０は、本発明の位置決定デバイス５の第２の実施形態を示す。本実施形態は、個々の特徴に関しては図５の実施形態と同一であり、そこでは、各々、同一の物は、図５と図１０において同じ参照符号で述べられる。図１０の実施形態は、図５の実施形態と同じ（ガイドレール２の表面を具体化される）測定スケール１０と測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１Ａを備える。図１０の測定ヘッド２１Ａは、図５のブロック３１が、ブロック３１Ａによって置き換えられていることに関して図５の測定ヘッド２１とは実質的に異なっており、このブロック３１Ａは、一方では、ブロック３１と同じ機能を果たすが、測定スケールの領域１０．１を照明するように働く照明デバイス３８の光をブロック３１Ａを介してガイドできる可能性を提供する。図５の実施形態から逸脱しているので、照明デバイス３８を配置すること、及び照明デバイスによって生成される光の伝播に測定スケール１０の領域１０．１への途中で影響を及ぼすことを介して他の可能性が生成される。
【００８６】
図１０に示されるように、ブロック３１Ａは、ブロック３１に構造的に対応し、且つ図５のテレセントリック光学系３０を形成するブロック３１の構造要素の全てを実質的に含む（図１０において、ブロック３１Ａの左手側の）領域を備える：即ち、ブロック３１Ａの表面３２の第１の領域に配置されるレンズ要素３３は、光軸３４と焦点Ｆ１、第２の領域３２．２に配置され、テレセントリックアパーチャとして働き且つ光軸３４に対して傾斜される第１のミラー表面３５、第４の領域３２．４に配置される第２のミラー表面３６、及び第１のミラー表面３５に隣接して配置され、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像を捕獲するためにセンサ４０が配置される表面３２の第３の領域３２．３を備える。
【００８７】
本例において、センサ４０は、ブロック３１Ａの測定スケール１０と逆側に面する側に配置され、且つ図５の印刷回路ボード４５に構造的且つ機能的に対応する電子印刷回路ボード４５に取り付けられる。
【００８８】
図１０に示されるように、ブロック３１Ａは、テレセントリック光学系３０を形成する領域（図１０においてブロック３１Ａの右手側）に直ぐ隣接する更なる領域を備え、この更なる領域は、照明デバイス３８によって生成される光を測定スケール１０の領域１０．１へガイドするように働き、従って、ブロック３１Ａは、少なくとも：照明デバイス３８によって生成される光がブロック３１Ａへ入射されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５と、光がブロック３１Ａから出されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６とを備える。
【００８９】
本ケースでは、領域３２．３と同様に、表面３２の領域３２．５は、ブロック３１Ａの測定スケール１０と逆側に面する側に配置される。図１０において示めされているように、照明デバイス３８は、印刷回路ボード４５に取り付けられ、それによって印刷回路ボード４５、センサ４０及び照明デバイスが全体として測定スケール１０に組み付けられ且つ全体として交換される単一の電子コンポーネントを形成するという利点が得られる。このことは、測定ヘッド２１Ａの単純な組み付けをもたらす。特に、照明デバイス３８と電流供給と照明デバイス３８を制御するためのデバイスの電気接続の全ては、例えば、印刷回路ボード４５上に配置可能であり、且つ（印刷回路ボード４５の組み付け及びセンサ４０の組み付けから独立した）照明デバイスの別個の組み付けが回避可能である。
【００９０】
本例において、照明デバイス３８は、各光源３８．１によって生成される光が印刷回路ボードに対して垂直に測定スケール１０に向かう方向へ発するように配置される一つ以上の光源３８．１（例えば、発光ダイオード）を備える。図１０に示されるように、印刷回路ボード４５は、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５とは反対側に位置される連通孔４５．２を含み、前記孔は、各光源３８．１によって生成される光がこの孔４５．２を通って発することができ且つ領域３２．５においてブロック３１Ａに入射されるように位置決めされる。図１０において、一点鎖線３９は、光源３８．１から出る光ビームのコースを表す。
【００９１】
印刷回路ボード４５の材料が、照明デバイス３８によって生成される光に対して透過性がある場合、生成された光が、印刷回路ボード４５に入射され且つ必要ならば印刷回路ボードを介してセンサ４０へガイドされることを防止するように、吸収又は反射材料の層４５．３によって孔４５．２で印刷回路ボード４５の少なくとも一領域を被覆することが有利である。この対策は、望ましくない散乱光が印刷回路ボード４５を介してセンサ４０に到達する可能性且つセンサ４０の機能に悪影響を及ぼす可能性を防止できる。
【００９２】
図１０において光ビーム３９のコースによって示されるように、各光源３８．１によって生成される光は、本例では、レンズ要素３３の光軸３４に実質的に平行にブロック３１Ａへ入射され、反射表面として具体化され且つブロック３１Ａに入射される光が、領域３２．６でブロック３１Ａを出て入射角θ＜９０°で測定スケール１０の領域１０．１に達するようその光が領域３２．７で反射されるように、光軸３４に対して傾斜されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．７に衝突する。表面３２の領域３２．７は、光ビーム３９の反射が全反射によって表面３２の領域３２．７で起きるように配置される。本例では、入射角θは、方向性をもって領域１０．１で反射される光が（図５の実施形態の場合と同様に）レンズ要素３８に衝突しないように選択されるのが好ましい。
【００９３】
図１０に更に示されているように、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６は、領域３２．６がレンズ要素６５を形成するような曲率を有する。本例では、領域３２．６は、凸状に湾曲される。領域３２．６は、例えば、レンズ要素６５がブロック３１Ａから出される光の照準を合わせるか或いはその光を領域１０．１に集めるように具体化できる。
【００９４】
照明デバイス３８は、例えば、測定スケール１０の増分トラック１１’並びに基準トラック１２’を領域１０．１において照明できるように設計される単一の光源３８．１を備えても良い。或いは、照明デバイス３８は、複数の光源３８．１を備えることもでき、これらの光源は、各々、異なる光源３８．１が測定スケール１０の異なる領域を照明できるように配置される。例えば、増分トラック１１’と基準トラック１２’は、各々、異なる光源３８．１で照明される。従って、複数の異なるレンズ要素６５が、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６において具体化され、それによって、異なる光源３８．１の光が、各々、異なるレンズ要素６５を介してブロック３１Ａから出される。
【００９５】
図１０に示すように、ブロック３１Ａは、（任意ではあるが）光軸３４と同方向に延び、且つ、図１０の図面に対して垂直に延び、更にテレセントリック光学系３０とブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５との間に配置される溝３１．１を備える。溝３１．１は、ブロック３１Ａに入射される各光源３８．１の光に対してテレセントリック光学系３０を遮断し、従って、望ましくない散乱光がブロック３１Ａを介してセンサ４０へ達することを防止する。光を反射又は吸収する材料が、溝３１．１に追加で配置可能である。このことは、望ましくない散乱光に対するテレセントリック光学系３０の前述の遮断を更に向上する。
【００９６】
図１１は、本発明の位置決定デバイス５の第３の実施形態を示す。複数の特徴に関して、本実施形態は、図１０の実施形態と同一であり、そこでは、同一の物は、各々、図１０と図１１において同じ参照番号で識別される。
【００９７】
図１１の実施形態は、図１０の実施形態と同じ（ガイドレール２の表面に具体化される）測定スケール１０と測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１Ｂを備える。図１１の測定ヘッド２１Ｂは、図１０の測定ヘッド２１Ａと実質的に異なっており、一方、図１０のブロック３１Ａがブロック３１Ｂで置き換えられており、ブロック３１Ｂは、ブロック３１Ａと実質的に同じ機能を果たす、つまり、測定ヘッド２１Ｂは、測定スケールの領域１０．１を照明するように働く照明デバイス３８の光がブロック３１Ｂを介してガイドされ、その目的のためにブロック３１Ｂの一つの領域でブロック３１Ｂに入射され、ブロック３１Ｂの他の領域でブロック３１Ｂから出される可能性を提供する。
【００９８】
図１１の測定ヘッド２１Ｂは、照明デバイス３８の光がブロック３１Ｂへ入射される方法が、実質的に測定ヘッド２１Ａとは異なっている。照明デバイス３８によって生成される光のブロック３１Ｂへの入射に関連しない測定ヘッド２１Ｂの構成要素は、測定ヘッド２１Ａの対応する構成要素と同一である。特に、測定ヘッド２１Ａと２１Ｂは、同じテレセントリック光学系３０、同じセンサ４０、同じ印刷回路ボード４５及び同じ照明デバイス３８に関連する。
【００９９】
図１１に示されるように、測定ヘッド２１Ｂは、光導体７０を備え、この光導体７０は、光源３８．１によって生成される光が光導体７０を介してブロック３１Ｂへ入射されるように配置される。本例において、光導体７０は、直線状であり、且つ一端部を有し、この一端部は、各光源３８．１によって生成される光が光導体７０のこの端部に入射されて光導体７０の他端部へガイドされるように孔４５．３に配置される。光導体７０の他端部において、光は、光導体７０から出ることができ且つ測定スケール１０の領域１０．１の方向へブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．６で出されるまでブロック３１Ｂ内を伝播することができる。
【０１００】
図１１において、一点鎖線３９は、光源３８．１から出てブロック３１Ｂを通って測定スケール１０の領域１０．１に至る光ビームのコースを表す。図１１からわかるように、光導体７０から出る光は、ブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．７に衝突し、この領域３２．７は、反射表面として具体化され、且つ光導体７０から出た光が領域３２．６においてブロック３１Ｂから出て入射角θ＜９０°で測定スケール１０の領域１０．１に到達するよう領域３２．７で反射されるように光軸３４に対して傾斜される。
【０１０１】
図１１に更に示されるように、ブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．６は、曲率を有し、それによって、領域３２．６は、レンズ要素６５を形成する。本例では、領域３２．６は、凸状に湾曲される。領域３２．６は、例えば、レンズ要素６５が、ブロック３１Ｂから出される各光の照準を合わせるか或いはその光を領域１０．１に集光するように具体化される。
【０１０２】
光導体７０は、異なる方法で実現されても良い。光導体７０は、例えば、ブロック３１Ｂに形成される凹所３１．２に位置される別個のコンポーネントであり得る。他の例では、光導体７０は、ブロック３１Ｂに一体化されても良く、それによって、ブロック３１Ｂは、光導体７０を備える一個のコンポーネントを形成する。
【０１０３】
図１１の図面から逸脱する場合、光導体７０は、直線状に形成する必要は無い：即ち、光導体７０は、湾曲された曲率に沿って各光源３８．１の光をガイドすることができ、そこでは、光導体の一端が、例えば、各光源３８．１に配置され、光導体の他端が、各レンズ要素６５に配置される。この場合、光源３８．１の光は、光導体によってレンズ要素６５までガイドされる。
【０１０４】
ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂは、例えば、射出成形や射出圧縮成形によって、各々、プラスチックから一個のコンポーネントとして、コスト効率の高い方法で製造可能である。従来の成形ツールは、射出成形や射出圧縮成形による製造のために実質的に使用できる。テレセントリック光学系３０によって生成される画像の品質に影響を及ぼしうる各ブロックの表面のこれらの領域（即ち、例えば、領域３２．１，３２．２，３２．４，３２．６）は、特に高い精度で且つ特に低い粗さで成形することを達成するために、それぞれの成形ツールは、個別のインサートを備えることができ、これらのインサートの表面は、特に高い精度で処理され且つそれらのインサートは、各ブロックの上述の表面領域を成形するように特に設計される。このようなインサートは、例えば、金属製のワークピースをダイヤモンドツールによって（例えば、ダイヤモンド加工によって）処理することによって製造できる。
【０１０５】
各々、ミラー表面として又は反射表面として（即ち、例えば、領域３２．２、３２．４、３２．７）ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂの表面のこれらの領域は、ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂの表面のそれぞれの領域の反射率を増加するコーティングを備えても良い。
【０１０６】
本発明のデバイス５は、以下の基準を考察して最適化される：
ａ）テレセントリック光学系３０は、テレセントリックアパーチャのサイズの、即ち、第１のミラー表面３５のサイズの関数であり、そのアパーチャの表面が小さくなればなる程大きくなる焦点の深さを有する（すでに述べられた）測定スケール１０の画像を発生する。従って、各測定ヘッド２１、２１Ａ、又は２１Ｂの測定スケール１０に対する所定距離が、各々、測定スケールの走査に応答して維持されなければならない許容範囲は、第１のミラー表面３５の表面が小さくなれば成る程大きくなる。他方、第１のミラー表面３５の表面が大きくなれば成る程、（照明デバイス３８によって生成される光の所定強度の場合）センサ４０の信号Ｓ１〜Ｓ４、従って、信号Ｓ１〜Ｓ４の各信号雑音比は大きくなる。一方、信号Ｓ１〜Ｓ４の各信号雑音比は、精度を決定し、その精度で、決定される各位置が、所定の時間間隔で識別される。このように、ミラー表面３５の最適サイズは、テレセントリック光学系３０の焦点の深さを最大にする要求とセンサ４０の信号Ｓ１〜Ｓ４の信号雑音比を最大にする要求との妥協として識別される。
ｂ）上述のタイプの測定スケール１０（即ち、レーザビームによってガイドレールの表面を処理することによってマーカーが生成された測定スケール）の場合、測定スケール１０は、その全長にわたってそれぞれのマーカーの特徴に関して（特に、それぞれのマーカーの反射率に関して）不均一性を表示することが可能である。その結果、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５は、測定スケール１０に対する各測定ヘッドの各位置と相関する変動を含むことができる。これらの変動は、例えば、照明デバイス３８によって生成される光の強度の調整によって又はそれぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５を増幅するための（例えば、電子回路４２に含まれる）電子増幅器の各増幅の調整によって補償される。
ｃ）測定スケール１０上にランダムに分布され得る汚染物（例えば、オイルの膜、研磨粒子又はその他の粒子）が、必要に応じて、照明デバイス３８によって生成される光をレンズ要素３３上に散乱する。それぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５の信号雑音比は、これによって減少される。汚染物の悪影響は、とりわけ、それぞれの埃粒子のサイズに依存する。一般的に、汚染物によって引き起こされる散乱光の強度は、照明デバイス３８によって生成される光の波長が大きくなれば成る程、小さくなる。他方、信号Ｓ１〜Ｓ４のサイズは、センサ４０の感光面４１の各スペクトル感度に依存する。このように、照明デバイス３８によって生成される光の波長λの最適サイズは、汚染物によって引き起こされる散乱光を最小まで減少するという要求と、センサ４０の感光面４１のスペクトル感度を最大にするという要求との間の妥協として識別される。７００ｎｍ＜λ＜９００ｎｍの最適波長範囲は、本ケースの場合、従来のシリコン技術に基づいてセンサ４０の感光面４１が作られる場合に得られる。
【０１０７】
上述の最適化の基準を考察して、本発明のデバイス５は、５ｍ／ｓの測定スケールの長手方向への測定ヘッド２１又は２１Ａ、或いは２１Ｂの速度に応答して１００ｎｍの精度での測定スケール１０に対する各測定ヘッド２１又は２１Ａ、或いは２１Ｂの位置の決定を可能とする。それによって、マーカー１１は、各々、測定スケール１０の長手方向において５〜１０μｍの幅を有し、且つ、例えば、１０〜２０μｍの距離で互いに配置されていることが考えられる。更に、第１のミラー表面３５のサイズは、測定スケール１０に対する各光学系３０の所定距離が、測定スケール１０の光学走査に応答して略±１１０μｍの許容範囲で維持されるように選択される。
【符号の説明】
【０１０８】
１ ガイドシステム
２ ガイドレール（第１のボディ）
３ ガイドキャリッジ（第２のボディ）
４ チャネル
５ デバイス
１０ 測定スケール
２０ 走査デバイス
２１ 測定ヘッド
３０ テレセントリック光学系
３１ ブロック
３３ 第１のレンズ要素
３４ 光軸
３５ 第１のミラー表面（アパーチャ）
３８ 照明デバイス
４０ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定スケールと、この測定スケールを光学的に走査するために測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとによる、位置決定デバイス、及び、第１のボディと該第１のボディに対して移動可能で且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを備え、且つ位置決定デバイスを備えるガイドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、測定スケールと各測定スケールを光学的に走査する測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとを備える位置決定デバイスであって、その測定スケールが、一つ以上の位置をマークするためのマーカーを含み、測定ヘッドが、測定スケールの画像を生成するための光学系と測定スケールの画像を捕獲し且つ信号を提供するためのセンサを備え、前記信号が、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする、位置決定デバイスは、公知である。
【０００３】
各測定スケールを如何に具体化するかによって、例えば、初期位置に対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定するために、又は、測定ヘッドの絶対位置を記録するためにそのようなデバイスが使用可能である。
【０００４】
そのようなデバイスが、測定スケールに対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定できるようにするために、各測定スケールを、例えば、増分スケールとして具体化することができ、従って、周期的に且つ所定のライン（「トラック」）に沿って同じ距離で配置される一連の複数の同一マーカーを備えることができる。簡単な他の例では、光学系は、例えば、レンズを備えることができ、このレンズは、そのような増分測定スケールの光学走査を行うようにレンズに対して固定されて配置されている、光電検出器の形態のセンサにそれぞれのマーカーの光画像を投射する。測定スケールに対する測定ヘッドの位置の相対変化を測定するために、測定ヘッドは、マーカーのトラックに沿って移動する。それによって、測定ヘッドの移動は、信号の周期変化となり、例えば、センサが通過したマーカーの数に関する情報を提供する。更に、マーカーのトラックに沿った測定ヘッドの異なる位置に対して記録された信号を補間するため、隣接するマーカー同士間の距離よりも小さい誤差でマーカーに対する測定ヘッドを位置決定することができる。
【０００５】
上述の位置決定デバイスは、測定スケールに対する測定ヘッドの絶対位置を決定するように設計可能である。このために、測定スケールは、各々が所定のライン（「トラック」）に沿って特定の絶対位置を指定する、一つ以上の基準マーカーを備えることができる。その位置を決定するために、前述のタイプの測定ヘッドは、測定ヘッドによってそれぞれの基準マーカーを光学的に走査するように、所定のラインに沿って移動可能である。それによって、測定ヘッドの移動は、測定ヘッドが基準マーカーの一つで検出されるか否かを指す信号の変化となって表れる。任意の位置における測定ヘッドの各絶対位置を決定するため、特定の基準マーカーに対する測定ヘッドの相対位置の変化が、測定され、例えば、そこでは、測定ヘッドの相対位置の各変化が、増分測定スケールのマーカーを走査することによって決定される。
【０００６】
前述のタイプの位置決定デバイスは、例えば、第１のボディとこの第１のボディに対して移動可能で且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを備え、それによって、第１のボディに対して第２のボディの位置決定を可能とするタスクを有するガイドシステム（例えば、直線ガイドと回転ガイド）との組み合わせで、使用可能である。このため、各位置決定デバイスの測定スケールは、例えば、第１のボディに対して固定されて配置され、各測定ヘッドは、第２のボディに対して固定されて配置される。
【０００７】
前述のタイプのガイドシステムに関して、現在、段階的に小型化へ向かう傾向がある。従って、特に、「小さな」寸法からなるガイドへ統合可能な前述のタイプの位置決定デバイスの要求がある。前述のタイプの位置決定デバイスは、更に、高精度で位置決定を可能にし、この精度は、第２のボディが比較的高速で第１のボディに対して移動する事象においてでさえ保障される。位置決定デバイスは、更に、可能な限り高いコスト効率で製造され、且つ可能な限り少ない組み付け努力でガイドシステムへ統合されることが可能である。
【０００８】
しかしながら、上述の要求に関して、第１のアプローチが現在追及されているが、これらの要求の個別の部分的態様を考察するに過ぎない。
【０００９】
ガイドレールの形態の第１のボディとそのガイドレールに沿って移動可能な第２のボディを備え、且つガイドレールに対して第２のボディの位置を決定するための前述のタイプのデバイスを備える線状のガイドシステムであって、各測定スケールが、前記ガイドシステムの場合、各ガイドレールの表面の処理によって実現される線状のガイドシステムが特許文献１及び特許文献２として知られている。各測定スケールは、光学的走査のための走査ヘッドによって走査可能であるが、特許文献１及び特許文献２は、そのような測定ヘッドがどのように構成されるかについての情報を含んではいない。従って、この場合、測定スケールは、ガイドレールに組み付けられなければならない別個の部品ではなく、ガイドレールの表面に統合されている。その結果、測定スケールの個々のマーカー自体が少量の空間を必要とするに過ぎないので、測定スケールのガイドレールへの統合が、空間を節約することになる。測定スケールが、ガイドレールへ組み付けられなければならない別部品として実現されていないという事実に起因して、更に、広範囲に及ぶ操作ステップ（例えば、ガイドレールに対する別部品の調節及びその別部品のガイドレールへの永久固定）は、最早必要ない。
【００１０】
測定スケールを備えると共にその測定スケールを光学的に走査するために測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドを備える位置決定デバイスは、特許文献３から公知であり、そこでは、その測定ヘッドは、測定スケールの画像を生成するための所謂「テレセントリック」光学系と、測定スケールの画像を捕獲ため且つ信号を提供するためのセンサと、を備え、前記信号は、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする。この場合、テレセントリック光学系は、測定スケールに対して距離をおいて配置され且つ光軸を含む第１のレンズ要素と、不透光性の材料で作られた絞りに具体化される、光透過性開口の形態のアパーチャを備え、このアパーチャは、測定スケールから離れる側に面するレンズ要素側に第１のレンズ要素の焦点に配置される。アパーチャの上述の配置に起因して、このテレセントリック光学系の場合におけるアパーチャは、（測定スケールから始まって）レンズ要素の光軸に平行なレンズ要素に衝突する、または、せいぜい、サイズが各開口のサイズの関数であり（且つアパーチャの表面が小さくなればなる程小さくなる）「小さな」角度範囲内で光軸に対して傾斜される光ビームのみが、光学系によって生成される測定スケールの画像に寄与できるように、アパーチャが光学系（光路）を通る光ビームのコースを制限するという効果を有する。このアパーチャは、測定スケールとレンズ要素との間の距離が変化される場合に、光学系がセンサ上に生成する測定スケールの各画像のサイズが、それぞれ変化しないか又は僅かしか変化しないという効果を有する。従って、前述の光学系は、測定スケールの各画像が、比較的大きな焦点深度で生成され、従って、測定スケールに対する測定ヘッドの所定距離が、比較的大きな許容範囲で維持される必要があるに過ぎないという利点を有する。その結果、測定ヘッドは、比較的単純な手段によって、各要求精度で測定スケールに対して位置決めされ、それによって、測定スケールに対する測定ヘッドの組み付けが、比較的簡単な方法で実行される。特に、各アパーチャの表面が小さくなればなる程、前述の許容範囲が大きくなる。他方、前述の光学系は、特に、測定スケールに対して垂直な方向に比較的大きな空間を必要とする不利益を有する。このように、測定ヘッドの小型化は、制限されており、その結果、そのような測定ヘッドは、比較的大きな空間を必要とすることに起因して、小さなガイドシステムに対しては適さないことになる。
【００１１】
更に、異なる特性を有する異なる物質から作られ且つ高精度で所定の距離に組み立てられなければならない比較的多数の異なる個別の部品がこの光学系を実現するために必要とされる。例えば、レンズ要素は、光透過性材料から造られる個別のボディである。アパーチャが具体化される絞りは、（前述のように）光不透過性である材料から造られる更に別個のボディであり、このボディは、アパーチャを作るように処理されなければならず、且つレンズ要素の焦点に位置されなければならない。このように、測定ヘッドの製造は、広範囲に及び、従って高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０３３６２１Ａ１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／００３０６５Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第７，１８６，９６９Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、上述の不利益を回避する目的に基づき、位置決定デバイスを製造することであり、このデバイスは、測定スケールを光学的に走査するためのテレセントリック光学系を備える測定ヘッドを含み、その測定ヘッドは、比較的に少量の空間を必要とし、単純な方法で設計される。また、該デバイスは、第１のボディとこの第１のボディに対して移動可能な第２のボディを備えるガイドシステムと組み合わされて使用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を備える位置決定デバイスによって達成される。
【００１５】
このデバイスは、位置をマークするための少なくとも一つのマーカーを備える測定スケールと、前記測定スケールを光学的に走査するために、前記測定スケールに対して移動可能な測定ヘッドとを備え、前記測定ヘッドは、前記測定スケールの画像を生成するためのテレセントリック光学系と、前記測定スケールの画像を捕獲するため且つ信号を提供するためのセンサとを備え、前記信号は、測定スケールに対する測定ヘッドの位置決定を可能とする。テレセントリック光学系は、測定スケールに対して所定の距離に配置されると共に光軸を含む第１のレンズ要素と、測定スケールから離れる側に面するレンズ要素側に第１のレンズ要素の焦点に配置される開口とを備える。
【００１６】
本明細書において、「アパーチャ」は、「デバイス」と呼ばれ、このデバイスは、光学系内の光ビームの伝播を各デバイスに衝突するこれらの光ビームへ制限する。上述のように、そのようなデバイスは、例えば、光不透過性である材料の絞り中の光透過性開口として実現でき、各アパーチャは、開口のエッジによって制限される。或いは、「アパーチャ」は、反射ミラーとして実現されてもよく、その場合、このアパーチャは、各ミラーのエッジによって制限される。
【００１７】
レンズ要素の焦点に配置されるアパーチャは、以降、「テレセントリックアパーチャ」と呼ばれる。
【００１８】
本発明のデバイスの場合、テレセントリック光学系は、表面を含むブロックを備え、第１のレンズ要素は、そのブロックの一体コンポーネントであり、そのブロックの表面の第１の領域は、第１のレンズ要素の表面を形成する。（テレセントリックアパーチャとしての）アパーチャは、更に、ブロックの表面の第２の領域に具体化されると共に第１のレンズ要素の光軸に対して傾斜される第１のミラー表面の形態で実現される。
【００１９】
それに従うと、測定スケールに向く第１のレンズ要素の表面と測定スケールの画像を捕獲するセンサとの間で光学系（光路）を通る光ビームのコースに影響を及ぼす光学系の全てのコンポーネントは、単一の（１個の）ブロックのコンポーネントであり、例えば、屈折境界表面として（例えば、レンズ要素として）、又は反射表面（ミラー）としてこのブロックの表面に具体化される。
【００２０】
そのようなブロックは、従来の手段、例えば、そのような手段を実行するのに適する対応するモールドによるプラスチックの射出成形や射出圧縮成形による成形部品として比較的に簡単な方法（例えば、２〜３の操作で）で製造可能である。その結果、そのようなブロックは、コスト効率の高い方法で大量に製造可能である。
【００２１】
これに従えば、本発明のデバイスの測定ヘッドは、２〜３のコンポーネントのみからできており、その結果、ほとんど労力を要せず組み付けられる。
【００２２】
テレセントリックアパーチャが、ミラー表面として具体化されるという事実は、レンズ要素とテレセントリックアパーチャとが、一つの材料から作られ且つ同一の操作で造られる単一の（１個の）ボディへ一体化できる要件を提供する。本発明のデバイスの場合において、入射光を境界表面で反射するのに適する適切に配置されたその境界表面は、テレセントリックアパーチャを実現するように、レンズ要素からなるそのボディの表面の特定の領域にのみ作られなければならない。この境界表面の反射率を増加するために、必要ならば、適切なコーティングを有する境界表面を提供することが有利である。
【００２３】
それに反して、特許文献３から公知の光学系の場合において、レンズ要素とテレセントリックアパーチャは、異なる材料の異なるワークピースを処理することによって互いに別個に製造されなければならず、且つ続いて所定に方法で互いに相対的に配置されなければならない。
【００２４】
従って、特許文献３から公知の光学系と比較して、本発明のテレセントリック光学系の場合、より少数の個別のコンポーネントが、組み付けられる必要があるに過ぎず、本発明の光学系のアセンブリが、より少ない努力で接続されることは明らかである。
【００２５】
更に、本発明のテレセントリック光学系がミラー表面として具体化されるという事実は、本発明のテレセントリック光学系が比較的少量の空間を必要とするという要件を提供する。これは、測定スケールに対して垂直な方向へのブロックの延長が、ミラー表面としてのテレセントリックアパーチャの実施形態に起因して、レンズ要素の各焦点距離に対応する距離へ実質的に制限されるためである。これはまた、レンズ要素の光軸の方向にレンズ要素に衝突するこれらの光ビームが、（テレセントリックアパーチャを形成する）第１のミラー表面で反射され、それによって光ビームが、レンズ要素の光軸に沿ってテレセントリックアパーチャを越えて伝播できないためである。
【００２６】
しかしながら、特許文献３から公知の光学系の場合において、測定スケールに対して垂直な方向への光学系の延長が、各レンズ要素の焦点距離よりもかなり大きく、従って、各レンズ要素が同じ焦点距離の場合における本発明のテレセントリック光学系の対応する延長よりもかなり大きい。
【００２７】
本発明のテレセントリックアパーチャが、第１のレンズ要素の光軸に対して傾斜しているミラー表面として具体化されるという事実に起因して、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームが、少なくとも一度屈折される光路を含むということが実現される。このように、テレセントリック光学系によって生成される測定スケールの画像が、レンズ要素から及びテレセントリックアパーチャから分離される空間領域内に生成可能であることが確実となる。このことを通して、測定スケールの画像を捕獲するセンサが、レンズ要素から及びテレセントリックアパーチャから空間的に分離されるブロックの表面の領域に位置決めされ、それによって、センサが、光路と干渉せず、且つ測定スケールの生成画像の品質に悪影響を及ぼさないことが確実となる。
【００２８】
第１のミラー表面が光軸に対して傾斜される角度を適切に選択することによって、更に、光学系が、測定スケールに平行な方向である場合でさえ、可能な限り小さな少量の空間を必要とし、及び、それによって、ブロックの容量を最小化できることが達成可能である。このことによって、本発明のテレセントリック光学系のコンパクトな設計が確実となる。
【００２９】
従って、本発明のデバイスの実施形態の場合において、センサを、ブロックの表面の第３の領域に配置可能である。更に、第１のミラー表面を、光が、第１のレンズ要素を介して光軸に沿ってブロックに入射され、それによって入射された光が第１のミラー表面で反射されてブロックの表面の第３の領域でブロックを出るように配置可能である。ブロックは、第１のレンズ要素が、センサの表面で（所定の許容範囲内で）測定スケールの実画像を生成するように、測定スケールに対して配置可能である。第１のミラー表面が、テレセントリックアパーチャとして具体化されるという事実に起因して、光軸に対して実質的に平行な第１のレンズ要素に衝突する光ビームは、実質的に測定スケールの画像に対して寄与する。この場合、これらの光は、第１のミラー表面に衝突し、第１のミラー表面で反射された後に、続いてセンサに衝突する。
【００３０】
本発明のデバイスの上述の実施形態の更なる発展は、一つ以上の第２のミラー表面がブロックの表面の第４の領域に具体化されること、及び光が、第１のレンズ要素を介して光軸に沿ってブロックに入射され、それによって各入射された光が第１のミラー表面、続いて第２のミラー表面の少なくとも一つで反射され、最終的に表面の第３の領域でブロックを出るように、それぞれの第２のミラー表面が、第１のミラー表面に対して配置されることに特徴がある。この実施形態の場合において、光ビームは、レンズ要素と（ブロックの表面の第３の領域に配置される）センサとの間の途中で少なくとも二つ以上のミラー表面で反射され、そこでは、各光ビームの方向が、各ミラー表面での各反射に応答して変化する。例えば、それぞれのミラー表面は、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームが、センサへの途中でブロックの両側で一度又は数回前後に反射されるように配置可能である。このことを通して、測定スケールの各画像の生成に寄与する光ビームは、数回屈折される光学系を通る光路を含むということが達成される。このように、光学系が特にコンパクトな方法で構成可能であるという事実のために要件が作られる。即ち、光路が屈折される頻度が多くなる程、ブロックの容量がより小さいように選択でき且つブロックによって占有される空間がより小さくなる。しかしながら、それぞれのミラー表面が、それらの光学品質に関して満足しなければならない要件は、光路の屈折回数に従って増加することに留意すべきである。
【００３１】
本発明のデバイスの実施形態は、測定スケールの少なくとも一つの領域が照明される少なくとも一つの光源を備える照明デバイスを備え、測定スケールのこの領域の画像がテレセントリック光学系によって生成可能であり且つこの画像がセンサによって捕獲可能であるように、測定スケールのこの領域が配置される。例えば、そのような光源は、各光源によって生成される光が途中でブロックを通過するように進み、測定スケール又は照明される測定スケールの領域に到達し、それによって、この光がブロックの表面に衝突することなく測定スケールに到達するように、ブロックの隣に配置可能である。光源のこの配置によって、光源の光の大部分が、ブロックの表面で散乱されることを防止し、測定スケールに衝突することなくセンサに到達する。このことを通して、光源によって照明される測定スケールの領域の、光学系が生成する画像が、高いコントラストを含むことが実現される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、光源として適する。
【００３２】
本発明のデバイスの更に他の例において、照明デバイスの各光源は、光源によって生成される光がブロックの表面の領域でブロックに入射され、且つブロックの他の表面の領域で出されるように配置される。この場合、各光源によって生成される光は、途中でブロックを通過するように進み、測定スケール又は照明される測定スケールの領域に到達する。各光源のこのような配置には、各光源が、その光源によって照明される測定スケールの領域から比較的に離れて配置可能であるという利点がある。各光源が、例えば、測定スケールから離れる側に面するブロック側に配置されるブロックの表面の領域に位置決め可能である。この場合、各光源には、例えば、その光源の組み付けを容易にする、又はその光源の他の光源との交換を簡単にする特に簡単な方法でアクセスできる。更に、各光源のこの構成によって、全体としてブロックへ組み付け可能なモジュールユニットとして、光源とセンサを、必要ならば、更に電気コンポーネントを統合する可能性を提供する。このことは、それぞれ電流源又は電圧源へ接続される必要がある測定ヘッドのこれらのコンポーネントの組み付けを単純化する。
【００３３】
本発明のデバイスの前述の他の例の更なる発展において、照明デバイスの各光源によって生成される光が出されるブロックの表面のその領域は、曲率を含み、それによって、その表面のこの領域がレンズ要素を形成する。このレンズ要素は、ブロックから出される光の強度の空間分布に影響を及ぼす可能性を提供する。このことは、照明される測定スケールの領域において、光源によって生成される光の強度の空間分布を最適にするように働く。このレンズ要素は、例えば、それが、光源によって生成された光をコリメートする、或いはそれを測定スケール上に集めるように形成及び配置可能である。
【００３４】
本発明のデバイスの上述の他の例の更なる発展では、反射表面が、ブロックの表面の一領域に具体化され、照明デバイスの各光源の、ブロックに入射される各光が、この反射表面で反射されるように前記反射表面が配置される。この場合、ブロックの表面の領域によって光源によって生成される光の伝播の方向に影響を及ぼす可能性が使用される。即ち、光源の光が、表面の各領域で反射によって各望ましい方向へ向けられるように光源とブロックの表面の各領域の空間配置が互いに調整可能である。
【００３５】
本発明のデバイスの更に他の例は、一つ以上の光導体を備え、それぞれの光導体は、照明デバイスの各光源によって生成される光がそれぞれの光導体の一つを介してブロックへ入射されるように配置される。光導体は、例えば、個別のコンポーネントであってもよく、且つ各ブロックにおいて具体化される凹所に配置可能である。他の例では、各光導体は、ブロックに統合可能である。各光導体は、特に、光がブロックから出されるブロックの表面の領域において光源によって生成される光の強度の空間分布に影響を及ぼす更なる可能性を提供する。特に、光導体は、ブロックに入射される光の強度の空間分離が、光導体の長さに実質的に依存しないように具体化される。従って、この場合、各光源によって生成される光は、光の伝播方向に沿って（光の分布方向に対して垂直な平面内で測定される）光の強度の空間分布を実質的に変更することなく、光導体によって、比較的大きな距離を横切って、例えば、測定スケールの近傍内にガイドされる。
【００３６】
本発明のデバイスの一実施形態は、各々が、増分的に配置される複数のマーカーを備える一つ以上の増分トラック及び／又は一つ以上の基準マーカーを備える一つ以上の基準トラックを含む測定スケールを備える。
【００３７】
この実施形態の更なる発展は、測定スケールが、互いに隣接して配置される複数のトラックに配置される複数のマーカーを含み、且つ照明デバイスが、複数の光源を備え、前記光源は、トラックの一つが、それぞれの光源の一つによって照明され且つトラックの他の一つがそれぞれの光源の他の一つによって照明されるように配置されることを特徴とする。そうする場合、互いに比較的に大きな距離を有するマーカーの異なるトラックは、マーカー自体が所定の（最適な）光強度で照明されると共にそれぞれのトラック間の空間が、照明されない又は比較的低い光強度で照明されるに過ぎないように、互いに関して独立して照明される。そうする場合、異なるトラックを照明するために必要なエネルギーは、最小化できる。そうする場合、照明デバイスが、過剰な量の熱を発生することを防止し、且つ必要ならば、照明デバイスの直ぐ近くの熱感知コンポーネント（例えば、センサ、他の電子コンポーネントや熱感知材料）に衝撃を与える、又はそれを損傷することを防止する。
【００３８】
本発明のデバイスの一実施形態は、照明デバイスの各光源によって生成される光が、反射表面領域で反射され、それによって、各反射光が第１のレンズ要素に衝突しないように配置される反射表面領域に各マーカーのエッジが隣接するように測定スケールが具体化されることを特徴とする。マーカーが照明デバイスによって照明される場合に、第１のレンズ要素を通過してブロック内に透過できる散乱光がマーカーで生成されるように、各マーカーは更に具体化される。測定スケールが、上述の条件下で照明デバイスの各光源によって照明される場合、各マーカーによって生成される散乱光の入力は、第１のレンズ要素を集合的に透過する光の強度に対して（特に、必要ならば、第１のレンズ要素に向かう方向へ反射表面領域で散乱される可能性のある光の対応する入力と比較して）比較的に大きい。このことを通して、光学系が、各々、照明デバイスによって照明される測定スケールの領域の画像を生成し、そこでは、各反射表面領域の画像が、各マーカーに比較して相対的に暗く表れるか、各マーカーが、各マーカーに隣接する反射表面領域に比較して相対的に明るく表れることが実現される。従って、「ダークフィールド」照明が、この場合、実現され、各マーカーの特に高いコントラスト画像を生成することを可能とする。
【００３９】
本発明のデバイスの一実施形態は、各光源の光を透過しない仕切りが、照明デバイスの各光源とブロックとの間に配置されることを特徴とする。各照明されたマーカーで生成される散乱光が第１のレンズ要素に衝突すると共に測定スケールで反射される光の一部が第１のレンズ要素に衝突できないように各光源によって生成される光が、測定スケールの所定の領域を照明しない限り、その各光源によって生成される光がセンサに到達できないように、仕切りボディを配置又は成形可能である。この仕切りボディは、ブロックと照明デバイスの支持体として具体化できる。このため、仕切りボディは、例えば、一個のものに具体化でき、且つ二つの別個のチャンバを含むことができ、その場合、チャンバの一方は、ブロックを収容するように働き、チャンバの他方は、照明デバイスを収容するように働く。チャンバの両方は、各々、測定スケールに面する側に、開口を含み、それによって、一方では、所定の領域測定スケールが、照明デバイスによってこれらの開口の一方を介して照明され、他方では、マーカーで散乱される光が、測定スケールの照明された領域から他方の開口を通って第１のレンズ要素へ出ることができる。
【００４０】
また、本発明の位置決定デバイスは、第１のボディと第１のボディに対して移動可能で、且つ第１のボディ上をガイドする第２のボディとを含むガイドシステムと組み合わせて使用可能である。本発明のデバイスの測定スケールは、第１のボディに対して固定するように配置され、且つ本発明のデバイスの測定ヘッドは、例えば、第２のボディに対して固定するように配置される。ガイドシステムは、例えば、線形ガイド又は回転ガイドであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ガイドレールの形態の第１のボディを備え、ガイドレール上を移動するガイドキャリッジの形態の第２のボディを備え、且つ本発明の位置決定デバイスを備え、このデバイスが、測定スケールとこの測定スケールを光学的に走査するための測定ヘッドとを備える、線形ガイドの形態のガイドシステムの斜視図を示す。
【図２】図１のガイドレールの一部と測定スケールの一部の斜視図を示す。
【図３】測定ヘッドが取り外され、測定ヘッドを収容する凹所が見える、図１のガイドキャリッジを示す。
【図４】図１の測定ヘッドを異なる方向から見た斜視図を示す。
【図５】図１の本発明の位置決定デバイスの第１の実施形態を示し、本発明のテレセントリック光学系と測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの第１の実施形態を備える、ガイドレールの長手方向における断面図を示す。
【図６】（Ａ）は図５のテレセントリック光学系の一部を示し、（Ｂ）は従来のテレセントリック光学系の一部を示す。
【図７】図１のガイドレールと測定スケールの断面と測定スケールの照明とその照明の効果の概略図である。
【図８】図１の測定ヘッドのセンサの概略図（ブロック図）を示す。
【図９】図５のテレセントリック光学系によって生成される測定スケールの画像を捕獲することに応じて図８のセンサの一部の概略図である。
【図１０】図５のテレセントリック光学系を備えるが、測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの異なる（第２の）実施形態を備える、図１の本発明の位置決定デバイスの第２の実施形態を示す。
【図１１】図５のテレセントリック光学系を備えるが、測定スケールの領域を照明するための照明デバイスの異なる（第３の）実施形態を備える、図１の本発明の位置決定デバイスの第３の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
更に、本発明の詳細及び特に本発明のデバイスの例示の実施形態は、添付の図面によって以下に定義される。
【００４３】
図１は、直線状のガイドレール（第１のボディ）２、そのガイドレール２上に配置され且つそのガイドレール２に沿って移動可能なガイドキャリッジ（第２のボディ）３、及びガイドレール２に対してガイドキャリッジ３の位置決定をするための本発明のデバイス５の第１の実施形態を備える線状のガイドシステム１を示す。
【００４４】
ガイドキャリッジ３は、回転体（図示せず）を介してガイドレール２上に支持されており、これらの回転体は、ガイドキャリッジ３内に設けられた複数のチャネル４内に配置されており、ガイドキャリッジ３がガイドレール２に沿って移動されると、回転体は、それぞれガイドレール２に対して又はガイドキャリッジ３に対して各チャネル４内を移動する。
【００４５】
デバイス５は、測定スケール１０と、この測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１を備える走査デバイス２０とを備える。
【００４６】
図１及び図２に示されているように、測定スケール１０は、ガイドレール２のガイドキャリッジ３に面する（上）表面２．１に、特に、ガイドレール２のエッジ２’に設けられる。ガイドレール２をアセンブリ要素（ここでは図示せず）へ取り付けるための孔１５が、ガイドレール２の中央領域に存在する。測定スケール１０は、エッジ２’と孔１５との間のストリップ形状の表面領域に十分な空間を必要とし、ガイドレール２の全長（途切れることなく）にわたって延出する線形測定スケールとして具体化できる。この例示の実施形態において、測定スケール１０は、光センサがそれを走査できるように具体化される（この点は、図５と図７〜９に関連して以下でより詳細に記述される）。
【００４７】
図３は、（回転体とそれらの回転体のためのガイドを示さない）ガイドキャリッジ３を詳細に示す。ガイドキャリッジ３は、典型的な方法で具体化される。測定ヘッド２１を収容するように働く凹所２５は、ガイドキャリッジ３の上側にある。測定ヘッド２１で測定スケール１０の光学走査するために、凹所２５は、孔２５．１を備え、この孔２５．１は、ガイドキャリッジ３を貫通して延び、且つ測定スケール１０の一部を光学手段によって孔２５．１を介して走査できるように測定スケール１０の上方に具体化される。孔２５．１は、ガイドキャリッジ３の高い機械的安定性を確保するようにできる限り小さく保たれる。
【００４８】
図４は、走査デバイス２０の詳細を示す。走査デバイス２０は、測定ヘッド２１と供給デバイス２６を備え、この供給デバイス２６は、ケーブル２７を介して（又は印刷回路ボードを有する代替物によって）測定ヘッド２１へ接続され、更に、一方では測定ヘッド２１へのエネルギーの供給を確実にし、他方では、測定ヘッド２１と制御ユニットとの間での制御と測定信号の交換を行うように（図示されない）制御ユニットへ接続される。
【００４９】
図２に示されているように、測定スケール１０は、表面２．１のエッジ２’に平行に延び、複数の（等距離の）マーカー１１を備える増分トラック１１’と、基準マーカー１２を備える基準トラック１２’と、を備える。本ケースでは、基準マーカー１２は、増分トラック１１’の隣に配置される。本例では、マーカー１１と基準マーカー１２は、それぞれ直線構造であり、それらの長手軸は、ガイドレール２の長手方向に対して垂直に、従って、トラック１１’と１２’の長手方向に対して垂直に配置される。それによって、測定ヘッド２１は、ガイドキャリッジ３がガイドレール２に沿って移動する時に、基準トラック１２’のマーカー１２並びに増分トラック１１’のマーカー１１を、測定ヘッド２１によって走査できるようにガイドキャリッジ３に配置される。
【００５０】
マーカー１１と１２は、例えば、（特許文献１から公知のように）レーザビームによって表面２．１を処理することによって表面２．１上に生成可能である。このように生成される増分トラック１１’のマーカー１１は、例えば、マーカー１１が、例えば、増分トラック１１’の長手方向において５μｍの幅で延び、且つそれぞれのマーカー１１が、略１０μｍの距離で増分トラック１１’に沿って配置されるように寸法が決められる。
【００５１】
本ケースでは、基準マーカー１２は、二つの孔１５の間のガイドレール２の中央領域（略中心）に配置される。この配置は、孔１５の直径よりもそれほど広くなく、従って、測定スケール１０を配置するために少量の空間を提供するに過ぎない狭いガイドレール２の場合に特に有利である。
【００５２】
図５は、ガイドレール２の長手方向における断面図で図１のデバイス５を示し、ここでは、測定ヘッド２１と、測定スケール１０を含むガイドレール２のみが図示されている。その図から理解されるように、測定ヘッド２１は、測定スケール１０に対して距離Ｄに配置されている。
【００５３】
測定ヘッド２１は、とりわけ：
‐測定スケール１０の画像を生成するためのテレセントリック光学系３０、
‐テレセントリック光学系３０によって各々生成される各画像を捕獲し、測定スケール１０のマーカー１１及び／又は１２の登録及び測定スケール１０に対する測定ヘッド２１の位置の決定を行うために信号を提供するセンサ４０、及び
‐測定スケール１０を照明するための照明デバイス３８を備える。
【００５４】
測定ヘッド２１の出力信号を、ガイドレール２に対してガイドキャリッジ３によってカバーされた距離及び／又はガイドレール２に対するガイドキャリッジ３の現在位置を指定するデータへ制御ユニットによって最終的に変換できる。
【００５５】
テレセントリック光学系３０は、第１のレンズ要素３３を備え、このレンズ要素３３は、測定スケール１０に対してある距離で配置され、且つそのレンズ要素３３が測定スケール１０に向くセンサ４０の表面４０．１上に測定スケール１０の実画像を生成するようにセンサ４０に対して固定するように配置される。図５に示されるように、測定スケール１０に向くレンズ要素３３の表面は、本例では、凸状に湾曲され、且つガイドレール２に対して実質的に垂直に配置される光軸３４を含む。
【００５６】
図５に更に示されているように、第１のレンズ要素３３は、表面３２を有する（一体物である）ブロック３１の一体のコンポーネントであり、そこでは、ブロック３１の表面３２の（図５において矢印３２．１によって識別される）第１の領域３２．１が第１のレンズ要素３３の表面を形成する。
【００５７】
レンズ要素３３は、測定スケール１０とは逆側に面する側に、ブロック３１の表面３２の第２の領域３２．２（図５において矢印３２．２によって識別される）にある焦点Ｆ１を含む。これに従って、測定スケール１０に向くレンズ要素３３側から光軸３４に平行なレンズ要素３３に衝突する光は、レンズ要素３３を介して焦点Ｆ１上に集光される。本ケースでは、表面領域３２．２は、レンズ要素３３の光軸３４に対して角度φ（＜９０°）だけ傾斜される第１のミラー表面３５として具体化される。
【００５８】
図５に示されるように、本例のセンサ４０は、ブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３（矢印３２．３によって識別される）に位置決めされる。表面３２の領域３２．３は、各々、ブロック３１の測定スケール１０とは逆側に面する側に、第２の領域３２．２に隣接して又は第１のミラー表面３５に隣接して位置される。
【００５９】
図５に更に示されているように、ブロック３１は、測定スケール１０に面する側に、第２のミラー表面３６を形成する表面３２の第４の領域３２．４（矢印３２．４によって識別される）を含む。この第４の領域３２．４は、各々、第１の領域３２．１に隣接して又は第１のレンズ要素３３に隣接して配置される。
【００６０】
本例において、第１のミラー表面３５と第２のミラー表面３６は、第１のレンズ要素３３を通り光軸３４に沿ってブロック３１に入射され、その結果、第１のミラー表面３５に達する光が、最初に第１のミラー表面３５で、続いて第２のミラー表面３６で反射され、最終的に表面３２の第３の領域３２．３でブロック３１を出て、続いてセンサ４０の表面４０．１に衝突するように配置される。この事実を可視化するために、図５は、例えば、光軸３４のレンズ要素３３に衝突する光ビームのコースを示す。即ち、この光ビームは、最初に、焦点Ｆ１で第１のミラー表面３５に衝突し、第１のミラー表面３５で反射された後、一点鎖線３４．１に沿って第２のミラー表面３６へ進み、第２のミラー表面３６で更に反射された後一点鎖線３４．２に沿って第３の表面領域３２．３へ向かい、続いてブロック３１から出た後センサ４０に衝突する。従って、光ビームの光路は、第１のミラー表面３５並びに第２のミラー表面３６で（即ち、合計に２回）屈折される。
【００６１】
ミラー表面３５は、測定スケール１０に面するレンズ要素３３側からレンズ要素３３に衝突する光ビームのうちブロック３１を通過する時にミラー表面３５に衝突するそれらの光ビームのみがセンサ４０の表面４０．１に達することができるように光学系（光路）を通る光ビームのコースを制限する。ミラー表面３５がレンズ要素３３の焦点Ｆ１に配置されているという事実に起因して、ミラー表面３５は、テレセントリックアパーチャの効果を有する。それによって、（図５において二つの矢印３２．２によってマークされる）ミラー表面３５の外側エッジは、このアパーチャのサイズを決定する。
【００６２】
本例において、測定ヘッド２１の照明デバイス３８は、光源３８．１を備え、この光源によって、測定スケール１０の領域１０．１が照明される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として適切である。図５に示されるように、レンズ要素３３の光軸３４は領域１０．１の中心を通過し、それによって、測定スケール１０の領域１０．１の画像を、テレセントリック光学系３０によって生成でき、この画像をセンサ４０によって捕獲できることが確実となる。
【００６３】
光源３８．１は、光源３８．１によって生成される光が、θ＜９０°の角度（図５の一点鎖線３９が、光源３８．１によって生成される光ビームの方向を指定する）で測定スケール１０の領域１０．１に入るように、ブロック３１に隣接して配置される。本ケースにおいて、角度θは、測定スケール１０の領域１０．１に衝突し、且つその位置で方向性を持って反射される光の一部がレンズ要素３３に衝突せず、従って、センサ４０に達しないように選択される。そうすることで、せいぜい、測定スケール１０の領域１０．１に衝突し、そこから拡散されるように（光軸３４に実質的に平行に）散乱される光の一部がレンズ要素３３に衝突することで、センサ４０に到達可能となることが保障される。
【００６４】
図５に示されるように、測定ヘッド２１は、光源３８．１によって生成される光に対して透過性ではなく、且つ望ましくない散乱光がセンサ４０に達することを防止するように光源３８．１とブロック３１との間に配置される仕切りボディ５０を備える。
【００６５】
本例において、仕切りボディ５０は、ブロック３１、照明デバイス３８及びセンサ４０の支持体として働く。このために、仕切りボディ５０は、それぞれブロック３１が位置決めされる又は位置決めできる第１のチャンバ５０．１と、照明デバイス３８の各光源３８．１がそれぞれ位置決めされる又は位置決めできる第２のチャンバ５０．２を含む。
【００６６】
第２のチャンバ５０．２は、測定スケール１０に面する側において、開口部５０．４を含み、この開口部５０．４は、測定スケール１０の領域１０．１を照明デバイス３８の光源３８．１によって第２のチャンバのこの開口部５０．４を介して照明できるように配置される。また、第１のチャンバ５０．１は、測定スケールに面する側において、開口部５０．３を備え、この開口部５０．３は、テレセントリック光学系３０が第１の開口部５０．１の開口部５０．３を介して測定スケール１０の領域１０．１の各画像を生成できるように配置される。
【００６７】
更に、図５に示されているように、センサ４０は、一方ではセンサ４０の支持体として働き且つ異なる電気又は電子コンポーネント（図５には示されていない）をそれぞれ更に備える電子印刷回路ボード４５へ取り付けられ、これらのコンポーネントは、例えば、（ｉ）センサの電圧供給、（ｉｉ）センサの信号を処理するための電子回路、（ｉｉｉ）照明デバイス３８の光源３８．１に対する電流供給、（ｉｖ）光源３８．１の照明強度のためのコントローラ及び（ｖ）印刷回路ボード４５上のそれぞれの上述の電気又は電子コンポーネントと制御ユニットとの間でのライン４６を介する接続を確実としてライン４６を介する信号及び／又はデータの交換を行うインターフェースを備える。
【００６８】
図５に示されるように、印刷回路ボード４５は、本例では、ブロック３１の測定スケール１０とは逆側に面する側に配置され、且つブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３に実質的に平行に配向される。センサ４０は、印刷回路ボード４５のブロック３１とは逆側に面する側に配置される。ブロック３１を通過し且つ表面３２の領域３２．３においてブロック３１から出る光がセンサ４０の表面４０．１に到達できることを可能とするために、印刷回路ボード４５は、一部に、ブロック３１の表面３２の第３の領域３２．３と対向して位置される連通孔４５．１を備える、それによって、センサ４０の表面４０．１が、各光によって孔４５．１を介してアクセスされる。
【００６９】
図６Ａと６Ｂは、本発明のテレセントリック光学系と従来の対応するテレセントリック光学系との比較を示す。
【００７０】
図６の（Ａ）は、図５のテレセントリック光学系３０を、ブロック３１の第１のミラー表面３５とは逆側に面する側におけるレンズ要素３３に対して所定距離の光軸３４上に配置されるオブジェクトＯ（本例では、両矢印）との組み合わせで示し、そこでは、前述の距離は、テレセントリック光学系３０が、ブロック３１の表面の第３の領域３２．３でオブジェクトＯの（拡大）実像ＢＯを生成するように選択される。更に、図６の（Ａ）は、オブジェクトＯでスタートし、テレセントリック光学系３０を通って画像ＢＯに至る二つの光ビームＬ１とＬ２のコース（光路）を示す。本例では、オブジェクトＯからスタートする光ビームＬ１とＬ２は、最初に、光軸３４に平行してレンズ要素３３へ衝突する。図６の（Ａ）から理解されるように、光ビームＬ１とＬ２は、それらが、レンズ要素３３の焦点Ｆ１で第１のミラー表面３５に衝突し、第１のミラー表面３５での反射及び第２のミラー表面３６での反射の後に画像ＢＯに達するように、レンズ要素３３でのブロック３１への入射に応答してそれらの方向を変化する。ブロック３１中でのビームＬ１とＬ２のコースが、第１のミラー表面３５と画像ＢＯとの間での二回屈折されるという事実に起因して、画像ＢＯは、オブジェクトＯに面するレンズ要素３３の表面に対して比較的短い距離で生成される。
【００７１】
図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）のオブジェクトＯを、特許文献３から公知である従来のテレセントリック光学系３０Ａとの組み合わせで示す。例えば、同一の物は、それぞれ図６の（Ａ）と（Ｂ）において同じ参照番号で識別される。テレセントリック光学系３０Ａは、光軸３４と焦点Ｆ１とを有するレンズ要素３３’と、光不透過性絞り３５’’に具体化され且つオブジェクトＯから離れる側に面するレンズ要素３３’側で光軸３４上の焦点Ｆ１に配置される開口３５’の形態のテレセントリックアパーチャを備える。図６の（Ａ）の状態と比較するために、オブジェクトＯは、図６の（Ｂ）の場合、光軸３４上に配置され、図６の（Ａ）のオブジェクトＯとレンズ要素３３との間の距離と等しいレンズ要素３３’までの距離を含むことが考えられる。更に、レンズ要素３３’は、図６の（Ａ）のレンズ要素３３と同じ焦点距離を有することが考えられる。これによると、図６の（Ｂ）の場合における焦点Ｆ１は、図６の（Ａ）のオブジェクトＯから焦点Ｆ１と同じオブジェクトＯからの距離を有する。図６の（Ｂ）から理解されるように、テレセントリック光学系３０Ａは、前述の条件下における図６の（Ａ）の画像ＢＯと同じサイズを含むオブジェクトＯの実像ＢＯを生成する。テレセントリック光学系３０Ａの場合において、画像ＢＯは、レンズ要素３３’から離れる側に面する絞り３５’’側に生成され、そこでは、画像ＢＯは、オブジェクトＯに比較して、画像ＢＯが大きければ大きいほど大きな絞り３５’’までの距離を含む。
【００７２】
各画像ＢＯを最も大きい可能性のある空間解像度を有するセンサで走査できるために、テレセントリック光学系３０及び３０Ａの場合において、各センサは、各光学系３０又は３０Ａがそれぞれ各画像ＢＯを生成する位置に、位置されなければならない。図６の（Ａ）と（Ｂ）から理解されるように、テレセントリック光学系３０の場合、画像ＢＯを走査するための各センサは、図６の（Ｂ）におけるレンズ要素３３’と画像ＢＯを走査する対応するセンサがテレセントリック光学系３０Ａの場合に配置されなければならない位置との間の距離よりもかなり小さいレンズ要素３３までの距離に配置できる。従って、テレセントリック光学系３０とこの光学系３０によって生成される画像を走査するためのセンサ４０とからなる測定ヘッド２１は、テレセントリック光学系３０Ａとこの光学系３０Ａによって生成される画像を走査するためのセンサとからなる対応する測定ヘッドよりもかなり小さくなるように設計できる。このことは、特に、光軸方向への測定ヘッド２１の延長に鑑みて当てはまる。
【００７３】
図７は、ガイドレール２の長手方向の表面２．１に対して垂直な断面の測定スケール１０の領域におけるガイドレール２の表面２．１の高さプロファイルを示し、且つ図５の照明デバイス３８による測定スケール１０の領域におけるガイドレール２の表面２．１の照明の効果を図示している。図７における矢印Ｂは、測定スケール１０に入射し且つ照明デバイス３８によって生成される光の伝播を特徴付ける光ビームの方向を示す。ガイドレール２が従来の線状のガイドシステムの典型的なガイドレール（例えば、スチール製）であることが以下では考えられる。従って、表面２．１は、例えば、研削及び／又はフライス加工により処理され且つ必要に応じて研磨によって機械仕上げされる実質的に平らな平面である。本例では、測定スケール１０のマーカー１１や基準マーカー１２のそれぞれは、各ガイドレール２の表面に直接に取り付けられ、且つ例えば、各表面を局所的に処理することによってレーザビームにより生成される。特許文献１から公知のように、レーザビームによる上述のタイプの表面の部分領域の処理は、一方では、陥凹が処理された部分領域（表面の非処理領域に比較して）に生じるという効果を有する。レーザビームによる各表面の処理は、更に、光の反射に関して特性の変化を生じる。即ち、レーザビームによって処理されていない表面の領域は、平らなミラーとして働き、このミラーは、入射する光ビームを表面に対する特定の（入射）角θで方向性をもって各反射光が一方向へ表面に対して（入射）角θと等しい（反射）角（反射の法則）で伝播するように反射する。レーザビームによって処理される表面の領域は、入射光の方向性反射を引き起こさないか又は僅かだけ引き起こすが、主に入射光の乱反射を引き起こし、即ち、各部分領域は、方向性を持って入射する光を全ての方向へ乱反射する。従って、測定スケール１０のマーカー１１は、図７において、表面２．１に具体化される陥凹として識別される（基準マーカー１２は、図示されていないが、マーカー１１と同じ高さプロファイルを有する）。図７において、（破線）矢印ＢＲは、各々、マーカー１１又は１２に隣接する表面２．１の領域において反射角θで方向性をもって反射される各反射光を表す。図７において矢印ＢＳは、マーカー１１の領域において（及び、従って、図示されていない基準マーカー１２の領域において）入射光Ｂを生成する広汎に乱反射された光の伝播方向を表す。理解されるように、マーカー１１で広汎に乱反射される光ＢＳの一部は、表面２．１に対して垂直に伝播し、従って、レンズ要素３３の光軸３４の方向に伝播する。それによって、各マーカー１１で広汎に乱反射される光ＢＳの一部が、レンズ要素３３を透過し得る。
【００７４】
照明デバイス３８によって生成される光Ｂの入射角θを、方向性をもって反射される光ＢＲがレンズ要素３３に衝突しないように選択することが有利である。この条件は、例えば、略４５°の入射角θに対して実現される。上述の条件下で、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像において、各々、マーカー１１又は１２に隣接する表面２．１の領域は暗く、マーカー１１又は１２のみが、各々、明るい領域として現れる。このように、テレセントリック光学系３０は、マーカー１１と１２の特に高いコントラスト画像を生成する。
【００７５】
図８は、測定ヘッド２１のセンサ４０の概略図（ブロック図の形態で）を示す。センサ４０は、以下を備える。
‐テレセントリック光学系３０によって生成される画像を空間解像度様式で捕獲するための感光面４１；本例では、感光面４１は、互いに平行に配置される４個のセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３とＰ４、及びセンサフィールドＰ５を含む光検出器（画素）の配置を備え、そこでは、センサラインＰ１〜Ｐ４は、テレセントリック光学系３０によって生成される増分トラック１１’のマーカー１１の画像を捕獲するように働き、センサフィールドＰ５は、テレセントリック光学系３０によって生成される基準トラック１２’のマーカー１２の画像を捕獲するよう働くと共に以下の特徴を有する：センサラインＰ１〜Ｐ４の各々は、センサラインの長手方向における光強度の空間分布を捕獲し、そこでは、各センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、一つの（典型的には、アナログ）信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４を各々（この順序で）提供し、前記信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４は、各々、各センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４によって、各々、捕獲される光強度分布を表す；センサフィールドＰ５は、センサフィールドＰ５上で光強度の空間分布を捕獲する光検出器（画素）の２次元配置よりなり、そこでは、センサフィールドＰ５は、捕獲された光強度分布を表す信号Ｓ５を提供する；
−信号Ｓ１〜Ｓ４及びＳ５を処理するための電子回路４２は、各々、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４を受信するための４本のライン及びセンサフィールドＰ５の信号Ｓ５を受信するための１本のラインを介して感光面４１へ接続され、この電子回路は、それぞれの信号Ｓ１〜Ｓ５の電子処理（例えば、それぞれの信号Ｓ１〜Ｓ４の増幅及び／又は線形化及び／又は望ましい電気ＤＣ電圧レベルの比較）を実行し、各々、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４又はＳ５の各々に対して対応する処理信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’又はＳ５’を提供する、及び
−信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’及びＳ５’の評価によって測定スケール１０に対するセンサ４０の位置を決定するための電子回路４３であって、電子回路４３は、各々、信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’又はＳ４’を受信するための４本のライン及び信号Ｓ５’を受信するための更に一本のラインを介して電子回路４２へ接続される。
【００７６】
図８において更に示されるように、電子回路４３は、第１のデジタル出力チャネル４４．１と第２のデジタル出力チャネル４４．２を有するインターフェース４４を備える。第１のデジタル出力チャネル４４．１を介して、電子回路４３は、信号Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’Ｓ４’の評価によって決定される増分トラック１１’に対するセンサ４０の位置を符号化するデジタル出力信号Ａ１を提供する。第２のデジタル出力チャネル４４．２を介して、電子回路４３は、信号Ｓ５’の評価によって決定される基準トラック１２’に対するセンサ４０の位置を符号化するデジタル出力信号Ａ２を提供する。出力信号Ａ１とＡ２は、各々、デジタル出力信号４４．１又は４４．２を介して制御ユニットによってアクセスされ、制御ユニットによって使用できる。
【００７７】
センサ４０の機能、特に、電子回路４３の機能は、図９によってより詳述され、以下に定義される。図９は、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像のセンサ４０の感光面４１上への投影を示す。ここでは、（図７に関連して説明されるように）各々が、マーカー１１又は１２によって拡散的に反射される光のみがレンズ要素３３に到達し、それによってマーカー１１又は１２のみが生成された画像に見られるように、測定スケール１０が、照明デバイス３８によって照明されることが考えられる。図９において、Ｂ１１で確認される各表面は、増分トラック１１’のマーカー１１の各生成された画像を表し、且つＢ１２で確認される各表面は、基準トラック１２’の基準マーカー１２の各生成された画像を表す。
【００７８】
本例において、テレセントリック光学系３０は、測定スケール１０の拡大画像をセンサ４０の感光面４１上に投影することが考えられる。測定スケール１０の各画像は、測定スケール１０に比較して、例えば、２．５倍だけ（又は他の倍率だけ）拡大される。拡大画像の場合、非拡大画像を捕獲するように設計される対応するセンサよりも大きな表面を含むセンサラインＰ１〜Ｐ４又はセンサフィールドＰ５が、各々、画像を捕獲するために使用される。このことは、例えば、信号Ｓ１〜Ｓ４とＳ５の信号雑音比を改良することになり、（所定の時間内に）電子回路４３によってより正確に又は（所定の精度に応答して）より迅速に評価される信号Ｓ１’〜Ｓ４’又はＳ５’のための条件を提供する。
【００７９】
図９に示されるように、表面Ｂ１１は、（図９において両矢印によって確認される）周期ＬＳでトラック１１’の長手方向へ配置される、（図９において水平方向へ配向される）直線の周期的分割を定義し、そこでは、表面Ｂ１１は、実質的に矩形状に具体化され、且つトラック１１’の長手方向に対して垂直に向けられる長手軸を含む。図９において更に示されるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、実質的に矩形形状を有し、且つトラック１１’の長手方向に対して垂直に向けられる長手軸を含む。センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、更に同じ表面を含み、トラック１１’の長手方向に関して互いに隣り合って配置され、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、互いに同じ距離に配置される。
【００８０】
図９に示されるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４のサイズは、各々、全体においてトラック１１’の長手方向における全てのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の範囲が表面Ｂ１１の配置の周期ＬＳに対応するように選択される。従って、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、表面Ｂ１１の配置の周期を４つの等しい部分に分割する。図９から知られるように、それぞれのセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４のサイズは、更に、それが、基準トラック１２’の基準マーカー１２のそれぞれの画像、即ち、表面Ｂ１２を捕獲できるように選択される。
【００８１】
テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像を捕獲するために、測定ヘッド２１は、測定スケール１０の長手方向に移動され、その結果、センサ４０の感光面４１のセンサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、各々、増分トラック１１’の画像の表面Ｂ１１に対して、且つセンサ４０の感光面４１のセンサフィールドＰ５が基準トラック１２’の画像の表面Ｂ１２に対してそのトラックの長手方向へ、例えば、図９の矢印６０の方向へ移動される。
【００８２】
センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４が、それぞれ増分トラック１１’の表面Ｂ１１に対して矢印６０の方向へ移動される場合に、センサラインＰ１、Ｐ２、Ｐ３又はＰ４は、それぞれ測定ヘッド２１の位置の関数として正弦曲線の形状に各々変化する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４を生成し、そこでは、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４の各々のコースが、長さＬＳの距離を通過する毎に位置の関数として周期的に同じようにそれ自体を繰り返す。更に、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４は、各々、異なる信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４間の位相差を除き、同一である：即ち、信号Ｓ４に比較して信号Ｓ３は、９０°の位相差を有し、信号Ｓ４に比較して信号Ｓ２は、１８０°の位相差を有し、且つ信号Ｓ４に比較して信号Ｓ１は、２７０°の位相差を有する。信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３又はＳ４の間のそれぞれの位相差が、このように既知であるという事実に起因して、電子回路４３は、異なる信号Ｓ１’〜Ｓ４’を捕獲でき、それらを互いに比較でき、例えば、互いに９０°だけ位相シフトされた二つの異なる信号から補間によって、増分トラック１１’の隣接するマーカー１１同士間の距離よりも小さな不正確さをもって測定ヘッドの各位置を決定できる。
【００８３】
電子回路４３は、増分トラック１１’の走査に応答してセンサが連続して通過するそれぞれの決定された位置を矩形波信号のシーケンスを形成する信号Ａ１の形態に符号化でき、それぞれの矩形波信号側は、各々、それぞれのマーカー１１に対する所定の位置を特徴付ける。
【００８４】
センサフィールドＰ５が基準トラック１２’の表面Ｂ１２に対して矢印６０の方向へ移動される場合、センサフィールドＰ５の光検出器は、表面Ｂ１２を横切る移動に応答して各表面Ｂ１２に対するセンサフィールドＰ５の位置の関数として変化する信号Ｓ５を生成する。電子回路４３は、表面Ｂ１２に割り当てられる信号Ｓ５を評価し、それから基準マーカー１２の一つに対するセンサ４０の又はセンサフィールドＰ５の変位を決定するように設計される。電子回路４３は、信号Ｓ５’の評価によって基準トラック１２’に対してセンサフィールドＰ５が取る位置を決定し、インターフェース４４によって第２のデジタル出力チャネル４４．２を介して出力されるデジタル信号Ａ２の形態で各決定された位置を符号化する。
【００８５】
図１０は、本発明の位置決定デバイス５の第２の実施形態を示す。本実施形態は、個々の特徴に関しては図５の実施形態と同一であり、そこでは、各々、同一の物は、図５と図１０において同じ参照符号で述べられる。図１０の実施形態は、図５の実施形態と同じ（ガイドレール２の表面を具体化される）測定スケール１０と測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１Ａを備える。図１０の測定ヘッド２１Ａは、図５のブロック３１が、ブロック３１Ａによって置き換えられていることに関して図５の測定ヘッド２１とは実質的に異なっており、このブロック３１Ａは、一方では、ブロック３１と同じ機能を果たすが、測定スケールの領域１０．１を照明するように働く照明デバイス３８の光をブロック３１Ａを介してガイドできる可能性を提供する。図５の実施形態から逸脱しているので、照明デバイス３８を配置すること、及び照明デバイスによって生成される光の伝播に測定スケール１０の領域１０．１への途中で影響を及ぼすことを介して他の可能性が生成される。
【００８６】
図１０に示されるように、ブロック３１Ａは、ブロック３１に構造的に対応し、且つ図５のテレセントリック光学系３０を形成するブロック３１の構造要素の全てを実質的に含む（図１０において、ブロック３１Ａの左手側の）領域を備える：即ち、ブロック３１Ａの表面３２の第１の領域に配置されるレンズ要素３３は、光軸３４と焦点Ｆ１、第２の領域３２．２に配置され、テレセントリックアパーチャとして働き且つ光軸３４に対して傾斜される第１のミラー表面３５、第４の領域３２．４に配置される第２のミラー表面３６、及び第１のミラー表面３５に隣接して配置され、テレセントリック光学系３０によって生成される測定スケール１０の画像を捕獲するためにセンサ４０が配置される表面３２の第３の領域３２．３を備える。
【００８７】
本例において、センサ４０は、ブロック３１Ａの測定スケール１０と逆側に面する側に配置され、且つ図５の印刷回路ボード４５に構造的且つ機能的に対応する電子印刷回路ボード４５に取り付けられる。
【００８８】
図１０に示されるように、ブロック３１Ａは、テレセントリック光学系３０を形成する領域（図１０においてブロック３１Ａの右手側）に直ぐ隣接する更なる領域を備え、この更なる領域は、照明デバイス３８によって生成される光を測定スケール１０の領域１０．１へガイドするように働き、従って、ブロック３１Ａは、少なくとも：照明デバイス３８によって生成される光がブロック３１Ａへ入射されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５と、光がブロック３１Ａから出されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６とを備える。
【００８９】
本ケースでは、領域３２．３と同様に、表面３２の領域３２．５は、ブロック３１Ａの測定スケール１０と逆側に面する側に配置される。図１０において示めされているように、照明デバイス３８は、印刷回路ボード４５に取り付けられ、それによって印刷回路ボード４５、センサ４０及び照明デバイスが全体として測定スケール１０に組み付けられ且つ全体として交換される単一の電子コンポーネントを形成するという利点が得られる。このことは、測定ヘッド２１Ａの単純な組み付けをもたらす。特に、照明デバイス３８と電流供給と照明デバイス３８を制御するためのデバイスの電気接続の全ては、例えば、印刷回路ボード４５上に配置可能であり、且つ（印刷回路ボード４５の組み付け及びセンサ４０の組み付けから独立した）照明デバイスの別個の組み付けが回避可能である。
【００９０】
本例において、照明デバイス３８は、各光源３８．１によって生成される光が印刷回路ボードに対して垂直に測定スケール１０に向かう方向へ発するように配置される一つ以上の光源３８．１（例えば、発光ダイオード）を備える。図１０に示されるように、印刷回路ボード４５は、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５とは反対側に位置される連通孔４５．２を含み、前記孔は、各光源３８．１によって生成される光がこの孔４５．２を通って発することができ且つ領域３２．５においてブロック３１Ａに入射されるように位置決めされる。図１０において、一点鎖線３９は、光源３８．１から出る光ビームのコースを表す。
【００９１】
印刷回路ボード４５の材料が、照明デバイス３８によって生成される光に対して透過性がある場合、生成された光が、印刷回路ボード４５に入射され且つ必要ならば印刷回路ボードを介してセンサ４０へガイドされることを防止するように、吸収又は反射材料の層４５．３によって孔４５．２で印刷回路ボード４５の少なくとも一領域を被覆することが有利である。この対策は、望ましくない散乱光が印刷回路ボード４５を介してセンサ４０に到達する可能性且つセンサ４０の機能に悪影響を及ぼす可能性を防止できる。
【００９２】
図１０において光ビーム３９のコースによって示されるように、各光源３８．１によって生成される光は、本例では、レンズ要素３３の光軸３４に実質的に平行にブロック３１Ａへ入射され、反射表面として具体化され且つブロック３１Ａに入射される光が、領域３２．６でブロック３１Ａを出て入射角θ＜９０°で測定スケール１０の領域１０．１に達するようその光が領域３２．７で反射されるように、光軸３４に対して傾斜されるブロック３１Ａの表面３２の領域３２．７に衝突する。表面３２の領域３２．７は、光ビーム３９の反射が全反射によって表面３２の領域３２．７で起きるように配置される。本例では、入射角θは、方向性をもって領域１０．１で反射される光が（図５の実施形態の場合と同様に）レンズ要素３８に衝突しないように選択されるのが好ましい。
【００９３】
図１０に更に示されているように、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６は、領域３２．６がレンズ要素６５を形成するような曲率を有する。本例では、領域３２．６は、凸状に湾曲される。領域３２．６は、例えば、レンズ要素６５がブロック３１Ａから出される光の照準を合わせるか或いはその光を領域１０．１に集めるように具体化できる。
【００９４】
照明デバイス３８は、例えば、測定スケール１０の増分トラック１１’並びに基準トラック１２’を領域１０．１において照明できるように設計される単一の光源３８．１を備えても良い。或いは、照明デバイス３８は、複数の光源３８．１を備えることもでき、これらの光源は、各々、異なる光源３８．１が測定スケール１０の異なる領域を照明できるように配置される。例えば、増分トラック１１’と基準トラック１２’は、各々、異なる光源３８．１で照明される。従って、複数の異なるレンズ要素６５が、ブロック３１Ａの表面３２の領域３２．６において具体化され、それによって、異なる光源３８．１の光が、各々、異なるレンズ要素６５を介してブロック３１Ａから出される。
【００９５】
図１０に示すように、ブロック３１Ａは、（任意ではあるが）光軸３４と同方向に延び、且つ、図１０の図面に対して垂直に延び、更にテレセントリック光学系３０とブロック３１Ａの表面３２の領域３２．５との間に配置される溝３１．１を備える。溝３１．１は、ブロック３１Ａに入射される各光源３８．１の光に対してテレセントリック光学系３０を遮断し、従って、望ましくない散乱光がブロック３１Ａを介してセンサ４０へ達することを防止する。光を反射又は吸収する材料が、溝３１．１に追加で配置可能である。このことは、望ましくない散乱光に対するテレセントリック光学系３０の前述の遮断を更に向上する。
【００９６】
図１１は、本発明の位置決定デバイス５の第３の実施形態を示す。複数の特徴に関して、本実施形態は、図１０の実施形態と同一であり、そこでは、同一の物は、各々、図１０と図１１において同じ参照番号で識別される。
【００９７】
図１１の実施形態は、図１０の実施形態と同じ（ガイドレール２の表面に具体化される）測定スケール１０と測定スケール１０を光学的に走査するための測定ヘッド２１Ｂを備える。図１１の測定ヘッド２１Ｂは、図１０の測定ヘッド２１Ａと実質的に異なっており、一方、図１０のブロック３１Ａがブロック３１Ｂで置き換えられており、ブロック３１Ｂは、ブロック３１Ａと実質的に同じ機能を果たす、つまり、測定ヘッド２１Ｂは、測定スケールの領域１０．１を照明するように働く照明デバイス３８の光がブロック３１Ｂを介してガイドされ、その目的のためにブロック３１Ｂの一つの領域でブロック３１Ｂに入射され、ブロック３１Ｂの他の領域でブロック３１Ｂから出される可能性を提供する。
【００９８】
図１１の測定ヘッド２１Ｂは、照明デバイス３８の光がブロック３１Ｂへ入射される方法が、実質的に測定ヘッド２１Ａとは異なっている。照明デバイス３８によって生成される光のブロック３１Ｂへの入射に関連しない測定ヘッド２１Ｂの構成要素は、測定ヘッド２１Ａの対応する構成要素と同一である。特に、測定ヘッド２１Ａと２１Ｂは、同じテレセントリック光学系３０、同じセンサ４０、同じ印刷回路ボード４５及び同じ照明デバイス３８に関連する。
【００９９】
図１１に示されるように、測定ヘッド２１Ｂは、光導体７０を備え、この光導体７０は、光源３８．１によって生成される光が光導体７０を介してブロック３１Ｂへ入射されるように配置される。本例において、光導体７０は、直線状であり、且つ一端部を有し、この一端部は、各光源３８．１によって生成される光が光導体７０のこの端部に入射されて光導体７０の他端部へガイドされるように孔４５．３に配置される。光導体７０の他端部において、光は、光導体７０から出ることができ且つ測定スケール１０の領域１０．１の方向へブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．６で出されるまでブロック３１Ｂ内を伝播することができる。
【０１００】
図１１において、一点鎖線３９は、光源３８．１から出てブロック３１Ｂを通って測定スケール１０の領域１０．１に至る光ビームのコースを表す。図１１からわかるように、光導体７０から出る光は、ブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．７に衝突し、この領域３２．７は、反射表面として具体化され、且つ光導体７０から出た光が領域３２．６においてブロック３１Ｂから出て入射角θ＜９０°で測定スケール１０の領域１０．１に到達するよう領域３２．７で反射されるように光軸３４に対して傾斜される。
【０１０１】
図１１に更に示されるように、ブロック３１Ｂの表面３２の領域３２．６は、曲率を有し、それによって、領域３２．６は、レンズ要素６５を形成する。本例では、領域３２．６は、凸状に湾曲される。領域３２．６は、例えば、レンズ要素６５が、ブロック３１Ｂから出される各光の照準を合わせるか或いはその光を領域１０．１に集光するように具体化される。
【０１０２】
光導体７０は、異なる方法で実現されても良い。光導体７０は、例えば、ブロック３１Ｂに形成される凹所３１．２に位置される別個のコンポーネントであり得る。他の例では、光導体７０は、ブロック３１Ｂに一体化されても良く、それによって、ブロック３１Ｂは、光導体７０を備える一個のコンポーネントを形成する。
【０１０３】
図１１の図面から逸脱する場合、光導体７０は、直線状に形成する必要は無い：即ち、光導体７０は、湾曲された曲率に沿って各光源３８．１の光をガイドすることができ、そこでは、光導体の一端が、例えば、各光源３８．１に配置され、光導体の他端が、各レンズ要素６５に配置される。この場合、光源３８．１の光は、光導体によってレンズ要素６５までガイドされる。
【０１０４】
ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂは、例えば、射出成形や射出圧縮成形によって、各々、プラスチックから一個のコンポーネントとして、コスト効率の高い方法で製造可能である。従来の成形ツールは、射出成形や射出圧縮成形による製造のために実質的に使用できる。テレセントリック光学系３０によって生成される画像の品質に影響を及ぼしうる各ブロックの表面のこれらの領域（即ち、例えば、領域３２．１，３２．２，３２．４，３２．６）は、特に高い精度で且つ特に低い粗さで成形することを達成するために、それぞれの成形ツールは、個別のインサートを備えることができ、これらのインサートの表面は、特に高い精度で処理され且つそれらのインサートは、各ブロックの上述の表面領域を成形するように特に設計される。このようなインサートは、例えば、金属製のワークピースをダイヤモンドツールによって（例えば、ダイヤモンド加工によって）処理することによって製造できる。
【０１０５】
各々、ミラー表面として又は反射表面として（即ち、例えば、領域３２．２、３２．４、３２．７）ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂの表面のこれらの領域は、ブロック３１、３１Ａ及び３１Ｂの表面のそれぞれの領域の反射率を増加するコーティングを備えても良い。
【０１０６】
本発明のデバイス５は、以下の基準を考察して最適化される：
ａ）テレセントリック光学系３０は、テレセントリックアパーチャのサイズの、即ち、第１のミラー表面３５のサイズの関数であり、そのアパーチャの表面が小さくなればなる程大きくなる焦点の深さを有する（すでに述べられた）測定スケール１０の画像を発生する。従って、各測定ヘッド２１、２１Ａ、又は２１Ｂの測定スケール１０に対する所定距離が、各々、測定スケールの走査に応答して維持されなければならない許容範囲は、第１のミラー表面３５の表面が小さくなれば成る程大きくなる。他方、第１のミラー表面３５の表面が大きくなれば成る程、（照明デバイス３８によって生成される光の所定強度の場合）センサ４０の信号Ｓ１〜Ｓ４、従って、信号Ｓ１〜Ｓ４の各信号雑音比は大きくなる。一方、信号Ｓ１〜Ｓ４の各信号雑音比は、精度を決定し、その精度で、決定される各位置が、所定の時間間隔で識別される。このように、ミラー表面３５の最適サイズは、テレセントリック光学系３０の焦点の深さを最大にする要求とセンサ４０の信号Ｓ１〜Ｓ４の信号雑音比を最大にする要求との妥協として識別される。
ｂ）上述のタイプの測定スケール１０（即ち、レーザビームによってガイドレールの表面を処理することによってマーカーが生成された測定スケール）の場合、測定スケール１０は、その全長にわたってそれぞれのマーカーの特徴に関して（特に、それぞれのマーカーの反射率に関して）不均一性を表示することが可能である。その結果、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５は、測定スケール１０に対する各測定ヘッドの各位置と相関する変動を含むことができる。これらの変動は、例えば、照明デバイス３８によって生成される光の強度の調整によって又はそれぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５を増幅するための（例えば、電子回路４２に含まれる）電子増幅器の各増幅の調整によって補償される。
ｃ）測定スケール１０上にランダムに分布され得る汚染物（例えば、オイルの膜、研磨粒子又はその他の粒子）が、必要に応じて、照明デバイス３８によって生成される光をレンズ要素３３上に散乱する。それぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５の信号雑音比は、これによって減少される。汚染物の悪影響は、とりわけ、それぞれの埃粒子のサイズに依存する。一般的に、汚染物によって引き起こされる散乱光の強度は、照明デバイス３８によって生成される光の波長が大きくなれば成る程、小さくなる。他方、信号Ｓ１〜Ｓ４のサイズは、センサ４０の感光面４１の各スペクトル感度に依存する。このように、照明デバイス３８によって生成される光の波長λの最適サイズは、汚染物によって引き起こされる散乱光を最小まで減少するという要求と、センサ４０の感光面４１のスペクトル感度を最大にするという要求との間の妥協として識別される。７００ｎｍ＜λ＜９００ｎｍの最適波長範囲は、本ケースの場合、従来のシリコン技術に基づいてセンサ４０の感光面４１が作られる場合に得られる。
【０１０７】
上述の最適化の基準を考察して、本発明のデバイス５は、５ｍ／ｓの測定スケールの長手方向への測定ヘッド２１又は２１Ａ、或いは２１Ｂの速度に応答して１００ｎｍの精度での測定スケール１０に対する各測定ヘッド２１又は２１Ａ、或いは２１Ｂの位置の決定を可能とする。それによって、マーカー１１は、各々、測定スケール１０の長手方向において５〜１０μｍの幅を有し、且つ、例えば、１０〜２０μｍの距離で互いに配置されていることが考えられる。更に、第１のミラー表面３５のサイズは、測定スケール１０に対する各光学系３０の所定距離が、測定スケール１０の光学走査に応答して略±１１０μｍの許容範囲で維持されるように選択される。
【符号の説明】
【０１０８】
１ ガイドシステム
２ ガイドレール（第１のボディ）
３ ガイドキャリッジ（第２のボディ）
４ チャネル
５ デバイス
１０ 測定スケール
２０ 走査デバイス
２１ 測定ヘッド
３０ テレセントリック光学系
３１ ブロック
３３ 第１のレンズ要素
３４ 光軸
３５ 第１のミラー表面（アパーチャ）
３８ 照明デバイス
４０ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決定デバイス（５）であって、
位置をマークするための一つ以上のマーカー（１１、１２）を備える測定スケール（１０）とその測定スケール（１０）を光学的に走査するために、測定スケール（１０）に対して移動可能な測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）とを備え、
前記測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、測定スケール（１０）の画像を生成するためのテレセントリック光学系（３０）と測定スケール（１０）の画像を捕獲するため且つ信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）を提供するためのセンサ（４０）とを備え、前記信号は、測定スケール（１０）に対する測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）の位置決定を可能とし、そこにおいて、テレセントリック光学系（３０）は、測定スケール（１０）に対して所定の距離に配置されると共に光軸（３４）を含む第１のレンズ要素（３３）と、レンズ要素（３３）の測定スケール（１０）とは逆側に面する側にある第１のレンズ要素（３３）の焦点（Ｆ１）に配置される、アパーチャ（３５）と、を含み、
テレセントリック光学系（３０）は、表面（３２）を含むブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を備え、第１のレンズ要素（３３）は、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の一体コンポーネントであり、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第１の領域（３２．１）は、第１のレンズ要素（３３）の表面を形成し、
アパーチャは、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第２の領域（３２．２）に設けられ且つ第１のレンズ要素（３３）の光軸（３４）に対して傾斜される（φ＜９０°）第１のミラー表面（３５）の形態で実現される、位置決定デバイス（５）。
【請求項２】
センサ（４０）は、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第３の領域（３２．３）に配置される、請求項１に記載のデバイス（５）。
【請求項３】
第１のミラー表面（３５）は、光が第１のレンズ要素（３３）を介して光軸（３４）に沿ってブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）に入射され、この入射される各光が、第１のミラー表面（３５）で反射されてブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第３の領域（３２．３）でブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を出て行くよう配置された、請求項２に記載のデバイス（５）。
【請求項４】
一つ以上の第２のミラー表面（３６）が、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第４の領域（３２．４）に設けられ、それぞれの第２のミラー表面（３６）は、光が第１のレンズ要素（３３）を介して光軸（３４）に沿ってブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）に入射され、この入射される各光は、第１のミラー表面（３５）及び続いて第２のミラー表面（３６）の少なくとも一つで反射され、続いて表面の第３の領域（３２．３）でブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を出て行くように第１のミラー表面に対して配置された、請求項２に記載のデバイス（５）。
【請求項５】
更に、少なくとも一個の光源（３８．１）を備える照明デバイス（３８）を備え、前記少なくとも一個の光源（３８．１）によって、測定スケール（１０）の少なくとも一つの領域（１０．１）を照明することができ、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）は、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）の画像がテレセントリック光学系（３０）によって生成可能で、且つ、この画像がセンサ（４０）によって捕獲されるように配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項６】
各光源（３８．１）は、その光源（３８．１）によって生成される光がブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の領域（３２．５）でブロックへ入射され、且つブロック（３１Ａ）の表面（３２）の他の領域（３２．６）で出されるように配置される、請求項５に記載のデバイス（５）。
【請求項７】
各光源（３８．１）によって生成される光が出されるブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面のその領域（３２．６）は、曲率を有し、それによって、表面のこの領域は、レンズ要素（６５）を形成する、請求項６に記載のデバイス（５）。
【請求項８】
反射表面は、ブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の領域（３２．７）に設けられ、この領域（３２．７）は、ブロック（３１Ａ、３１Ｂ）に入射される各光源（３８．１）の各光がこの反射表面で反射されるように配置される、請求項６又は７のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項９】
更に、一つ以上の光導体（７０）を備え、それぞれの光導体（７０）は、各光源（３８．１）によって生成される光がそれぞれの光導体（７０）の一つを介してブロック（３１Ｂ）へ入射されるように配置される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１０】
ブロック（３１Ｂ）は、各光導体（７０）が配置されるか、又は、光導体（７０）がブロック（３１Ｂ）へ一体化される少なくとも一つの凹所（３１．２）を含む、請求項９に記載のデバイス（５）。
【請求項１１】
測定スケール（１０）は、各々が複数の増分的に配置されたマーカー（１１）を備える一つ以上の増分トラック（１１’）及び／又は一つ以上の基準マーカー（１２）を備える一つ以上の基準トラック（１２’）を含む、請求項５〜１０のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１２】
測定スケール（１０）は、互いに隣接して配置される複数のトラック（１１’、１２’）に配置される複数のマーカー（１１、１２）を備え、
照明デバイス（３８）は、複数の光源（３８．１）を備え、前記光源は、トラック（１１’）の一つが光源（３８．１）の一つによって照明され且つトラック（１２’）の一つが光源（３８．１）の他の一つによって照明されるように配置される、請求項５〜１１のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１３】
測定スケール（１０）は、各マーカー（１１、１２）のエッジが表面領域に隣接するように設けられ、この表面領域は、方向性を持って入射光（３９、Ｂ）を反射し且つ各光源（３８．１）によって生成される光（３９）がその表面領域で反射されて各反射光（ＢＲ）が第１のレンズ要素（３３）に衝突しないように配置される、請求項５〜１２のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１４】
各マーカー（１１、１２）は、マーカー（１１、１２）が照明デバイス（３８）によって照明される場合において、第１のレンズ要素（３３）を介してブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）内に透過できる散乱光が生成されるように設けられる、請求項５〜１３のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１５】
各光源（３８．１）の光に対して不透明な仕切りボディ（５０）が各光源（３８．１）とブロック（３１）との間に配置される、請求項５〜１４のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１６】
仕切りボディ（５０）は、ブロック（３１）が位置される第１のチャンバ（５０．１）と照明デバイス（３８）の各光源（３８．１）が位置される第２のチャンバ（５０．２）を含む、請求項１５に記載のデバイス（５）。
【請求項１７】
測定スケール（１０）に面する側の第２のチャンバ（５０．２）は、開口（５０．４）を含み、この開口（５０．４）は、第２のチャンバ（５０．２）のこの開口（５０．４）を介して測定スケールの各領域（１０．１）が照明デバイス（３８）の光源（３８．１）によって照明されるように配置され、
測定スケール（１０）に面する側の第１のチャンバ（５０．１）は、開口（５０．３）を含み、この開口（５０．３）は、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）の画像が第１のチャンバ（５０．１）のこの開口（５０．３）を介してテレセントリック光学系（３０）によって生成されるように配置される、請求項１６に記載のデバイス（５）。
【請求項１８】
ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）は、プラスチック製の成形部品である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１９】
ガイドシステム（１）であって、
第１のボディ（２）と、第１のボディに対して移動され且つ第１のボディの上でガイドされる第２のボディ（３）と、
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の位置決定デバイス（５）と、を備え、
測定スケール（１０）は、第１のボディ（２）に対して固定して配置され、測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、第２のボディ（３）に対して固定して配置される、ガイドシステム（１）。
【請求項２０】
各マーカー（１１、１２）は、第１のボディ（２）へ一体化されるか、又は、第１のボディ（２）の表面（２．１）に設けられる、請求項１９に記載のガイドシステム。
【請求項２１】
測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、第２のボディ（３）へ取り付けられる、請求項１９又は２０に記載のガイドシステム。
【請求項２２】
線状のガイドシステム（１）として具体化され、第１のボディ（２）が、ガイドレールであり、このガイドレールに沿って、第２のボディ（３）が直線状に移動可能である、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のガイドシステム。
【請求項１】
位置決定デバイス（５）であって、
位置をマークするための一つ以上のマーカー（１１、１２）を備える測定スケール（１０）とその測定スケール（１０）を光学的に走査するために、測定スケール（１０）に対して移動可能な測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）とを備え、
前記測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、測定スケール（１０）の画像を生成するためのテレセントリック光学系（３０）と測定スケール（１０）の画像を捕獲するため且つ信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）を提供するためのセンサ（４０）とを備え、前記信号は、測定スケール（１０）に対する測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）の位置決定を可能とし、そこにおいて、テレセントリック光学系（３０）は、測定スケール（１０）に対して所定の距離に配置されると共に光軸（３４）を含む第１のレンズ要素（３３）と、レンズ要素（３３）の測定スケール（１０）とは逆側に面する側にある第１のレンズ要素（３３）の焦点（Ｆ１）に配置される、アパーチャ（３５）と、を含み、
テレセントリック光学系（３０）は、表面（３２）を含むブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を備え、第１のレンズ要素（３３）は、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の一体コンポーネントであり、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第１の領域（３２．１）は、第１のレンズ要素（３３）の表面を形成し、
アパーチャは、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第２の領域（３２．２）に設けられ且つ第１のレンズ要素（３３）の光軸（３４）に対して傾斜される（φ＜９０°）第１のミラー表面（３５）の形態で実現される、位置決定デバイス（５）。
【請求項２】
センサ（４０）は、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第３の領域（３２．３）に配置される、請求項１に記載のデバイス（５）。
【請求項３】
第１のミラー表面（３５）は、光が第１のレンズ要素（３３）を介して光軸（３４）に沿ってブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）に入射され、この入射される各光が、第１のミラー表面（３５）で反射されてブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第３の領域（３２．３）でブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を出て行くよう配置された、請求項２に記載のデバイス（５）。
【請求項４】
一つ以上の第２のミラー表面（３６）が、ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の第４の領域（３２．４）に設けられ、それぞれの第２のミラー表面（３６）は、光が第１のレンズ要素（３３）を介して光軸（３４）に沿ってブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）に入射され、この入射される各光は、第１のミラー表面（３５）及び続いて第２のミラー表面（３６）の少なくとも一つで反射され、続いて表面の第３の領域（３２．３）でブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）を出て行くように第１のミラー表面に対して配置された、請求項２に記載のデバイス（５）。
【請求項５】
更に、少なくとも一個の光源（３８．１）を備える照明デバイス（３８）を備え、前記少なくとも一個の光源（３８．１）によって、測定スケール（１０）の少なくとも一つの領域（１０．１）を照明することができ、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）は、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）の画像がテレセントリック光学系（３０）によって生成可能で、且つ、この画像がセンサ（４０）によって捕獲されるように配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項６】
各光源（３８．１）は、その光源（３８．１）によって生成される光がブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の領域（３２．５）でブロックへ入射され、且つブロック（３１Ａ）の表面（３２）の他の領域（３２．６）で出されるように配置される、請求項５に記載のデバイス（５）。
【請求項７】
各光源（３８．１）によって生成される光が出されるブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面のその領域（３２．６）は、曲率を有し、それによって、表面のこの領域は、レンズ要素（６５）を形成する、請求項６に記載のデバイス（５）。
【請求項８】
反射表面は、ブロック（３１Ａ、３１Ｂ）の表面（３２）の領域（３２．７）に設けられ、この領域（３２．７）は、ブロック（３１Ａ、３１Ｂ）に入射される各光源（３８．１）の各光がこの反射表面で反射されるように配置される、請求項６又は７のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項９】
更に、一つ以上の光導体（７０）を備え、それぞれの光導体（７０）は、各光源（３８．１）によって生成される光がそれぞれの光導体（７０）の一つを介してブロック（３１Ｂ）へ入射されるように配置される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１０】
ブロック（３１Ｂ）は、各光導体（７０）が配置されるか、又は、光導体（７０）がブロック（３１Ｂ）へ一体化される少なくとも一つの凹所（３１．２）を含む、請求項９に記載のデバイス（５）。
【請求項１１】
測定スケール（１０）は、各々が複数の増分的に配置されたマーカー（１１）を備える一つ以上の増分トラック（１１’）及び／又は一つ以上の基準マーカー（１２）を備える一つ以上の基準トラック（１２’）を含む、請求項５〜１０のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１２】
測定スケール（１０）は、互いに隣接して配置される複数のトラック（１１’、１２’）に配置される複数のマーカー（１１、１２）を備え、
照明デバイス（３８）は、複数の光源（３８．１）を備え、前記光源は、トラック（１１’）の一つが光源（３８．１）の一つによって照明され且つトラック（１２’）の一つが光源（３８．１）の他の一つによって照明されるように配置される、請求項５〜１１のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１３】
測定スケール（１０）は、各マーカー（１１、１２）のエッジが表面領域に隣接するように設けられ、この表面領域は、方向性を持って入射光（３９、Ｂ）を反射し且つ各光源（３８．１）によって生成される光（３９）がその表面領域で反射されて各反射光（ＢＲ）が第１のレンズ要素（３３）に衝突しないように配置される、請求項５〜１２のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１４】
各マーカー（１１、１２）は、マーカー（１１、１２）が照明デバイス（３８）によって照明される場合において、第１のレンズ要素（３３）を介してブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）内に透過できる散乱光が生成されるように設けられる、請求項５〜１３のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１５】
各光源（３８．１）の光に対して不透明な仕切りボディ（５０）が各光源（３８．１）とブロック（３１）との間に配置される、請求項５〜１４のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１６】
仕切りボディ（５０）は、ブロック（３１）が位置される第１のチャンバ（５０．１）と照明デバイス（３８）の各光源（３８．１）が位置される第２のチャンバ（５０．２）を含む、請求項１５に記載のデバイス（５）。
【請求項１７】
測定スケール（１０）に面する側の第２のチャンバ（５０．２）は、開口（５０．４）を含み、この開口（５０．４）は、第２のチャンバ（５０．２）のこの開口（５０．４）を介して測定スケールの各領域（１０．１）が照明デバイス（３８）の光源（３８．１）によって照明されるように配置され、
測定スケール（１０）に面する側の第１のチャンバ（５０．１）は、開口（５０．３）を含み、この開口（５０．３）は、測定スケール（１０）の各領域（１０．１）の画像が第１のチャンバ（５０．１）のこの開口（５０．３）を介してテレセントリック光学系（３０）によって生成されるように配置される、請求項１６に記載のデバイス（５）。
【請求項１８】
ブロック（３１、３１Ａ、３１Ｂ）は、プラスチック製の成形部品である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイス（５）。
【請求項１９】
ガイドシステム（１）であって、
第１のボディ（２）と、第１のボディに対して移動され且つ第１のボディの上でガイドされる第２のボディ（３）と、
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の位置決定デバイス（５）と、を備え、
測定スケール（１０）は、第１のボディ（２）に対して固定して配置され、測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、第２のボディ（３）に対して固定して配置される、ガイドシステム（１）。
【請求項２０】
各マーカー（１１、１２）は、第１のボディ（２）へ一体化されるか、又は、第１のボディ（２）の表面（２．１）に設けられる、請求項１９に記載のガイドシステム。
【請求項２１】
測定ヘッド（２１、２１Ａ、２１Ｂ）は、第２のボディ（３）へ取り付けられる、請求項１９又は２０に記載のガイドシステム。
【請求項２２】
線状のガイドシステム（１）として具体化され、第１のボディ（２）が、ガイドレールであり、このガイドレールに沿って、第２のボディ（３）が直線状に移動可能である、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のガイドシステム。
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２７０８４（Ｐ２０１１−２２７０８４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５２３９（Ｐ２０１１−９５２３９）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０８００６５６２）シネーベルゲール ホルディング アーゲー (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｎｅｅｂｅｒｇｅｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．Ｕｒｂａｎｓｔｒａｓｓｅ １２ ＣＨ−４９１４ Ｒｏｇｇｗｉｌ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（５０８００６５６２）シネーベルゲール ホルディング アーゲー (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｎｅｅｂｅｒｇｅｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．Ｕｒｂａｎｓｔｒａｓｓｅ １２ ＣＨ−４９１４ Ｒｏｇｇｗｉｌ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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