目標物の位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システム及びこれを備えた走査システム
本発明は、目標物位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムに関する。目標物ユニット（１１）は、湾曲した光波面（３０）を備えた参照光線（２５）を送信するよう構成された参照光送信器（２３）を有する。目標物ユニットは、複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも１つの検出器アレイ（１４）を有しており、参照光送信器（２３）の参照光線（２５）が検出器アレイに当たるように、検出器アレイは目標物ユニット（１１）に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物の空間における位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムと、これを備えた走査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの使用分野において、目標物の位置を決定する課題が生じる。目標物は、特に、一部がなんらかの形で動いたり、それ自体で勝手に動いたりすることがある。その例は、製造機械または測定機械の構成要素である。
【０００３】
本発明は特に、１μｍまたはそれよりもさらに良い範囲（サブμの範囲）の精度での位置検出が必要とされる場合を対象としている。この分野においては、主に、いわゆるレーザ追跡システムが用いられており、これにより、所望の距離情報が干渉計式に決定される。このようなシステムは、目標物に対して固定された位置にある目標物ユニットを備えており、これに、再帰反射器が固定されている。レーザ追跡システムはまた、測定光送信器を備えた測定光送信器ユニットを有しており、これによって、レーザ光が目標物ユニットの再帰反射器に照射される。再帰反射器は、測定光線をその光源に反射させるように構成されている。
【０００４】
測定光送信器ユニットは、干渉計装置と検出器を有し、検出器は、測定光線と参照光線との干渉により干渉計型測定信号を生成し、そこから干渉計型測定データが得られる。これらの干渉計型測定データにより、再帰反射器と測定光送信器ユニットとの間の距離に関する（より正確には、距離の変化に関する）距離情報を非常に正確に得ることが可能である。この距離情報は、目標物の所望の位置の判定に用いられる。ほとんどの場合、この情報は、再帰反射器が測定光送信器ユニットに対して位置する立体角に関する角度情報と組み合わされる。
【０００５】
このようなレーザ追跡システムは、例えば、下記の特許文献１から４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際出願公開番号ＷＯ２００５／０２６７７２号
【特許文献２】アメリカ特許番号第６，６６７，７９８号
【特許文献３】国際出願公開番号ＷＯ０１／０９６４３号
【特許文献４】アメリカ特許番号第６，６７５，１２２号
【特許文献５】アメリカ特許番号第６，１３４，５０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知のレーザ追跡システムの不利な点は、その複雑な構造である。特に、目標物の動きに対応する測定光線の非常に正確な追跡を行うには、複雑な機械設計が必要となる。
【０００８】
これを基礎として、本出願は、特に非常に正確な可動部に関して、より安価でありながら、レーザ追跡システムに勝るとも劣らない精度を実現する位置検出システムを提供するという技術的課題に基づいたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明による、目標物の位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムによって解消され、これは、目標物ユニットと、可干渉性の光の測定光線を前記目標物ユニットに照射する少なくとも１つの測定光送信器を備えた測定光送信器ユニットとを有し、前記目標物ユニットの位置が、前記測定光線と、前記測定光線と可干渉性である参照光線との干渉により検出器によって生成される干渉信号から得られる干渉計型測定データを用いて決定される位置検出システムにおいて、
前記目標物ユニット（１１）は、湾曲した光波面（３０）を備えた前記参照光線（２５）を送信するよう構成された参照光送信器（２３）を有するとともに、
前記目標物ユニットは、複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも１つの検出器アレイ（１４）を有しており、前記参照光送信器（２３）の参照光線（２５）が当該検出器アレイ（１４）に当たるように、当該検出器アレイ（１４）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、
前記測定光線（１６）の波面（２９）は、前記参照光線（２５）の波面（３０）の曲率よりも小さい曲率で、前記目標物ユニット（１１）の前記検出器アレイ（１４）に当たり、
前記測定光線（１６）及び前記参照光線（２５）の波面（２９、３０）は、十分に平行な向きで、前記検出器アレイ（１４）の検出器画素の一部（３１−８）のみに当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にし、
前記検出器アレイ（１４）の干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号は、当該各検出器画素（３１−８）と前記測定光送信器との間の距離の変化に関する距離情報を決定するために評価され、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記距離情報を用いて判定されることを特徴とする。
【００１０】
目標物ユニットは目標物の一部であってもよいし、目標物に固定されたユニット（いずれの場合も、目標物に対して所定の位置にある）であってもよい。公知の追跡システムとは異なり、このユニットは、単なる受動反射器ではなく、参照光送信器と少なくとも２つの検出器アレイからなるアクティブシステム構成要素であり、その検出器画素は、適切な幾何学的条件（後に詳述）が満たされた場合に干渉計型測定信号を生成することができるものである。干渉に必要となる、測定光線と参照光線との可干渉性を確実にするために、両光線は、同じレーザ光源から分かれた光線によって得られるとともに、好ましくは、可撓性光送信ケーブルによって、一方では光送信器ユニットへ、他方では目標物ユニットへ伝播される。
【００１１】
本発明により、特に以下の利点が得られる。
【００１２】
測定光線の正確な追跡は必要とされない。実際には、測定光線が十分な強度でその検出器アレイに当たるよう目標物ユニットに向かっておおよそ方向付けられれば十分である。従って、位置の検出は通常、機械的な移動を必要としない。例え、目標物の移動範囲が大きく、測定光線の方向を変更しなければならない場合でも、この移動は、精度要件が低いため、簡単かつ経済的な方法で実現可能である。
【００１３】
公知のレーザ追跡システムでは、再帰反射器の汚染によって測定精度が制限されるが、このような問題点は本発明には存在しない。
【００１４】
公知のレーザ追跡システムでは、その測定精度が再帰反射器への入射角の変化の影響を受けるため、さらなる問題が生じる。この測定精度の制限も、本発明で解消されるものである。
【００１５】
公知のレーザ追跡システムでは、距離情報の正確性もまた、測定光が送信器と受光器の間の光路に沿って２回伝播するという事実に左右される。従って、例えばシステム構成要素の変化によって起こったある測定誤差が、全誤差に２回影響を与えるということになる。しかし、本発明では、測定光は、測定光送信器ユニットと目標物ユニットとの間の光路を１回伝播するだけである。
【００１６】
本発明では、目標物ユニット（従って目標物）の位置を極めて高速で判定できるだけでなく、空間におけるその姿勢も判定することができる。
【００１７】
要約すると、技術的性能の改善が、安価に達成できるのである。
【００１８】
上述したように、位置検出システムは、特に、製造及び測定技術など、種々の分野で用いることができる。このような利用分野は上述の特許文献１から４に記載されている。さらなる例が特許文献５に記載されている。
【００１９】
この文献によると、いわゆる非接触式センサの位置を測定するために、レーザ追跡装置が用いられている。ここで意図されるものは、自動製造ライン（例えば自動車製造）における製造物の特徴的な構造を検出して、さらに別の部品を半完成品に正確に取り付けることができる光学システムである。また、このような場合においては、従来のレーザ追跡装置の代わりに、位置検出システムを好適に用いることができる。他の興味を引く利用分野は、研究過程または製造過程における部材の極めて正確な移動に用いられる小型アクチュエータを用いたグリッパシステムである。
【００２０】
本発明の特に重要な利用分野は、物体の表面の走査である。
【００２１】
「走査」という用語は、ここでは、空間における表面の位置及び形状を検出するために、表面上の複数の測定ポイントに関する位置情報（以下「表面走査情報」と称す）を得るあらゆる方法に言及するものであると、ほぼ理解してよい。これは、特に、物体の正確な寸法の判定（「寸法検査」）だけでなく、表面の構造的特徴、例えば、その粗さに関するものである。
【００２２】
表面走査には、主に座標測定機械が用いられる。これらは位置決め装置を有しており、多次元で高精度なドライブと、位置決め装置によって検査される物体に対して移動する走査センサとを備えており、走査センサによって物体の表面が走査される。走査センサとしては、測定される物体と薄い先端部または小さいボールとを接触させる、主に機械的スキャナが用いられ、この接触は、電子手段によって検出される。これにより、サブμｍまでの範囲の超高精度を実現することができる。所望の表面走査情報を得るためには、これに対応するセンサの位置に関する正確な位置情報が必要となる。これを確実にするため、座標測定機械は、極めて正確に構成しなければならない。これには高額なコストが必要である。さらに、機械的走査は、ひとつには、走査速度が制限されるということ、もうひとつには、繊細で弾性的な表面の場合には、破損や測定誤差が避けられないため、かなりの欠点を有している。
【００２３】
これに基づき、本発明はまた、物体の表面を走査する走査システムの改善にも関するものである。このシステムは、走査センサと、位置決め装置とを有し、これによって、位置決め装置に固定された走査センサが、物体に対して、異なる所望の位置に移動可能であり、その表面が走査されることとなる。ここで、本発明による位置検出システムを用いることによって、極めて高い精度が、安価な製造コストで得られ、目標物ユニットの位置の検出により、走査センサの位置情報が得られるように、位置検出システムの目標物ユニットが走査センサ（好ましくは目標物ユニットにしっかり固定されている）に対して所定の位置に配置される。所望の表面走査情報を判定するために、位置検出システムによって得られたセンサ位置情報はセンサ走査情報と組み合わされる。
【００２４】
好ましくは、表面走査の位置決め装置として、位置決めロボットが用いられる。これは、多次元の可動ロボットアームを備えている。走査センサと目標物ユニットはロボットアームに固定される。位置決めロボットが用いられた走査システムは、ドイツ特許出願番号第１０２００４０３９７６０Ａ１に記載されている。ここでは、球状のハウジングが、ロボットアームの先端部に取り付けられている。これは、一方では、走査先端を形成し、これによって表面が機械的に走査される。他方、これは再帰反射器を備え、その位置が、レーザ追跡システムによって判定される。この構造の目的は、サブｍｍの範囲での精度を得ることにある。本発明においては、位置決めロボットを用いたことによる利点（極めて複雑な表面の追跡を可能にする広い操作範囲、高い運動自由度；座標測定機械と較べて低いコスト）が利用される。同時に、ドイツ特許出願番号第１０２００４０３９７６０Ａ１と較べて、サブμｍの範囲まで下がる非常に高い精度が得られる。
【００２５】
好ましくは、本発明による表面走査システムでは、非接触で作動する走査センサが用いられる。適切な操作センサの好ましい構造の特徴は、アメリカ出願公開番号２００５／０１９０３７１Ａ１、国際出願公開番号ＷＯ２００５／０８８２４１Ａ１、及び国際出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０１１５８６に記載されている。これらの文献は、本発明に引用することによって組み込まれている。それらに記載されている走査センサの設計特徴と、ここに記載された走査システムとを組み合わせることによって、非常に複雑な表面の走査でも、迅速かつ比較的低いコストで、最高の精度で行うことができる。
【００２６】
本発明は、図面に示した実施例によって、以下に詳細に記載される。記載された特徴は、好適な実施例を提供するために、単独で、または組み合わせて用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】位置決めロボットと、その位置が本発明による位置検出システムによって検出される走査センサを備えた本発明による走査システムの一部がブロック図である概略側面図である。
【図２】測定光及び参照光に関し、本発明において特徴となる幾何学的な状態を示した詳細図である。
【図３】本発明に適した検出器アレイの別実施例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、物体３の表面２を走査する走査システム１を示している。走査システム１は、非接触操作式走査センサ５と、多次元可動式ロボットアーム８を備えた位置決めロボット７とからなり、位置決めロボット７は、走査センサのための位置決め装置６として機能する。
【００２９】
位置決めロボット７により、走査センサ５は、物体３の表面２にわたって案内され、表面２を（好ましくは光学的に）走査するようになっている。これにより、走査センサ５と表面との距離の変化が高い精度で検出できる。ここに記載した詳細以外の、適切な走査センサ及び位置決めロボットが公知である。この点においては、特に上述の文献が参照される。
【００３０】
表面２に関する所望の表面走査情報を得るためには、走査センサが付与する走査情報に加えて、その位置を正確に検出する必要がある。この目的のため、位置検出システムが用いられ、これは、２つの別体の構成要素として、測定光送信器ユニット１０と、測定センサ５に固定連結された目標物ユニット１１からなる。この位置検出システムに関しては、センサ５が目標物を形成し、その位置が位置検出システムによって検出される。
【００３１】
図示された例では、測定光送信器ユニット１０は２つの光送信器１３ａ、１３ｂを備えており、目標物ユニット１１は２つの検出器アレイ１４ａ、１４ｂを備えており、これらはそれぞれ、後述するように、複数の感光検出器画素からなっている。光送信器１３及び検出器アレイ１４の数は、位置検出課題の次元に対応していることが好ましい。位置の検出が一次元の課題である場合（例えば、目標物が正確に規定された経路に沿ってのみ移動可能であるため、目標物についての完全な位置情報が、測定光送信器ユニット及び目標物ユニットの間の距離を判定することにより得られる）、１つの光送信器及び１つの検出器アレイで十分である。しかしながら、多次元の位置検出または走査のためには、光送信器ユニットが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの光送信器を備えるとともに、目標物ユニットが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの検出器アレイを備えている本発明が、特に適切である。
【００３２】
光送信器の最小数及び検出器アレイの最小数は、課題の次元と対応していることが好ましい。よって、２次元の課題には、その数はそれぞれ少なくとも２つであり、３次元の課題には少なくとも３つである。対応する課題の次元より多い数の光送信器及び／または検出器アレイは必要ないが、余分に備えることによって、かく乱要因に対して特に高い安定性を実現することが利点となり得ることもある。
【００３３】
複数の検出器アレイは、例えば、ＣＣＤチップのような、対応する数の別体になった電子要素によって設けられていてもよい。しかし、原則的には、適切に大きい面積を持った単一の要素の上に複数の検出器アレイを設けることも可能である。この場合、画素のそれぞれの部分的数量が各有効検出器アレイを形成する。各検出器アレイは、１本の線に沿って延びる少なくとも１列の検出器画素を備えていることが好ましく、この線は直線であることが好ましい。
【００３４】
各測定光送信器１３ａ、１３ｂは、それらの測定光線１６ａ、１６ｂのそれぞれが検出器アレイ１４のそれぞれに当たるように、目標物ユニット１１に向かって可干渉性の光を放射する。レーザ光源１７ａ、１７ｂが、可干渉性の測定光のための光源として用いられる。これらから、測定光が、光ファイバー１８ａ、１８ｂ、光カプラ１９ａ、１９ｂ、別の光ファイバー２０ａ、２０ｂを介して、位相変調器ユニット２１に伝播され、そこから、光ファイバーの端部の伝達点まで達する。この伝達点が光送信器１３ａ、１３ｂを形成している。
【００３５】
目標物ユニット１１は、測定光送信器１３ａ、１３ｂと同様に、ファイバー光ケーブル２４の端部において光送信点によって形成されている参照光送信器２３を備えている。参照光ファイバー光ケーブル２４の中を通って、レーザ光源１７ａ、１７ｂの光から光カプラ１９ａ、１９ｂで分岐した参照光は、参照光送信器２３に伝播する。参照光送信器２３から、参照光線２５が、目標物ユニット１１の各検出器アレイ１４ａ、１４ｂに当たるように放射される。
【００３６】
測定光線１６ａ、１６ｂ及び参照光線２５の重畳された波面に関して、後に詳述する条件が満たされた場合は、検出器アレイ１４ａ、１４ｂを形成する画素の１つ、あるいは画素の複数が、アレイのそれぞれにおいて干渉信号を発する。干渉信号を生成する各検出器画素と測定光送信器１３ａ、１３ｂ（つまり測定光送信器ユニット１０）との間の距離の変化に関する距離情報は、これらの干渉信号からそれぞれ決定することができる。距離情報を決定するための干渉信号の処理は、レーザ追跡システムにおいても用いられている技術によって、公知の方法で行われる。好ましくは、測定光線１６ａ、１６ｂの光は、位相変調器ユニット２１によって周波数変調される。測定光線１６ａ、１６ｂの光は、生成された干渉信号が分離できるように、異なるように変調されることが好ましい。この分化変調は、位相変調であっても振幅変調であってもよい。信号処理は、測定データが不図示のデータラインを介して移送される、あるいはワイヤレスで移送される、図１に記号のみで示す、セントラルユニット２６で行われる。セントラルユニット２６はまた、システムの動作している要素（レーザ光源１７、位相変調ユニット２１、位置決めロボット７、走査センサ５）のための制御信号を発する。
【００３７】
図１は、２つの光送信器と２つの検出器アレイを備えた二次元の課題のための二次元図である。各アレイのそれぞれにおいて干渉信号を生成している（少なくとも）１つの検出器画素と各光送信器の間の距離の判定によって、目標物ユニット、つまり目標物の位置を、その空間方向（例えば、４つの空間座標、ｘ、ｙ、ヨーイング、傾斜）とともに完全に決定することができる。三次元の課題の場合は、上述したように、少なくとも３つの光送信器と３つの検出器アレイが設けられていることが好ましい。これにより、空間上の目標物の位置及び姿勢を完全に表す、すべての６つの空間座標（ｘ、ｙ、ｚ、ヨーイング、傾斜、回転）を決定することができる。
【００３８】
図示した位置検出システム９において、光線分割器として機能する光カプラ１９ａ、１９ｂから参照光送信器２３までの光路が非常に長いという事実から、技術的な問題が発生する。位置決めロボット７の動きにより、参照ファイバー光ケーブル２４の（わずかな）動的伸張が生じる可能性がある。決定された距離情報の正確性の要件が非常に高い場合は、このような動的伸張から生じる参照光路の長さ変化の補償が必要となる。これは、参照光の部分的なフィードバックによって行われる。
【００３９】
このために、参照ファイバー光ケーブル２４は、参照光の一部がファイバー光ケーブル２４に後方反射するよう（光源側にもどるよう）、参照光送信器２３の領域において形成されている。同様に、ファイバー光ケーブル２０ａ、２０ｂもまた、参照光の一部がファイバー光ケーブルに後方反射するよう、光送信器１３ａ、１３ｂの領域において形成されている。両方の後方反射光成分は、光カプラ１９ａ、１９ｂを介して、補償ユニット２７ａ、２７ｂに到達し、そこで、２つの光成分の干渉が起こる。その結果として生じる干渉信号から、測定光路（ファイバー光ケーブル２０ａ、２０ｂ）と比較して、参照光路（ファイバー光ケーブル２４）の動的長さ変化に関する情報を決定することができ、その情報が補償に必要となる。この情報に基づき、ファイバー光ケーブル（特に、参照光送信器への長いケーブル）の動的伸張によって生じたエラーが補償される。
【００４０】
以下、図２に関し、測定光線の入射角が、目標物ユニット及びその検出器アレイに対して広い角度範囲で変化したとしても、可動部分なしに、干渉信号の生成を可能にするために満たすべき幾何学的条件を説明する。
【００４１】
図２は、検出器アレイ１４の表面に対する垂線Ｎに対して角度αで入射する測定光線１６を示している。光送信器１３からの距離が検出器アレイ１４の広がりよりはるかに長いという事実のため、測定光線１６の波面２９は、ほぼ直線状に延びている。いずれにしても、その曲率度は、参照光送信器２３からかなり短い光路上で、半透明ミラー３２を介して検出器アレイ１４に照射される参照光線２５の波面３０の曲率よりも大幅に小さい。
【００４２】
干渉信号の測定を可能にする条件は、測定光線１６と参照光線２５の特定の場所の波面が、アレイ１４のひとつの検出器画素３１上に十分平行に当たるということである。この平行要件からの許容偏差に関する正確な情報は、干渉信号の評価可能性が、特に、用いられる測定電子機器によって異なるため、規定することができない。式α＝λ／（２ｄ）によって、おおよその評価が可能になる。この等式に基づき、波長がλ＝６３０ｍｍで、検出器画素径がｄ＝１０μｍとすると、α＝０．０３ｒａｄまたは１．７°の許容偏角が算出される。
【００４３】
図２の説明図が示しているように、波面２９、３０の異なる曲率のため、この条件は、検出器アレイ１４のうち１つ、または極少数の隣接する検出器画素３１のみに対して満たされる。図３では、このことは、３１−８として示されるアレイ１４の８番目の検出器画素に当てはまる。
【００４４】
これにより、測定光線１６の入射角のより大きい範囲が、測定光線及び参照光線が始まるポイント（光送信器）の位置決めに関して、また、適切な検出器アレイに接した両光線の波面の関連曲率に関して、上述した幾何学的条件を満たすことによって、可動部なしに、捕らえられることができることが明らかである。測定光線１６の波面に対して、参照光線２５の波面の曲率の度合いが高ければ高いほど、測定光線１６と検出器アレイ１４の垂線Ｎとの間の評価可能角度αも大きくなる。同時に、干渉する隣接画素の数も減る。本発明の実験的評価は、平面的な検出器アレイ（共通の平面に配置された検出器画素を備えたもの）に対する角度αが、ほぼ±４５°、最大±６０°であることを示した。これは、ほとんどの使用の場合において十分なものである。より大きな範囲が必要な場合は、図３に示す検出器アレイの構成が選択可能であり、ここでは、アレイの異なる部分１４−１、１４−２が、角度βをなして互いに方向付けられており、角度βは、好ましくは、少なくとも３０°である。
【００４５】
記載した発明は、多数の改変が可能であり、とりわけ、下記が想定される。
【００４６】
検出器アレイを構成するには、光の位置分解検出を可能にする複数の感光素子を備えたものであるならば、別の電子要素であってもよい。検出器アレイの感光素子（画素）は、好ましくは（しかし必ずしも必要でない）直線上のラインに沿って延びていることが好ましい。コスト及び機能を考慮すると、ＣＣＤ検出器アレイが特に適切である。
【００４７】
本発明において用いられる光の波長は、可視範囲内のものでなくてもよい。よって、本発明において意味する「光」とは、可視範囲に近接する電磁波も指すものである（紫外線とともに赤外線も含む）。
【００４８】
各光送信器における測定光線及び参照光線の波面の曲率は、そこに存在する光学条件によって決定される。点光源を持って、球状の波面が発生する。しかし、検出器アレイに当たる際の、異なる曲率に関する上述した条件が満たされる限りにおいて、適切な出力光学機器によって、本発明に適切な、異なる（球状ではない）曲面の波面を発生させることもできる。
【００４９】
図１に示す構成は、複数の光送信器１３ａ、１３ｂに対応する（可干渉性の、つまり干渉に適した）参照光が同じ（共通の）ポイント（参照光送信器２３）に存在しているものであり、実際的な理由により利点があるが、必ずしも必要なものではない。目標物ユニットにおける参照光（参照光送信器）のための複数の出口箇所を設けることも可能である。
【００５０】
上述したように、この位置検出システムは、原則的に、可動部品なしで作動することが可能である。しかし、測定光が十分な強度で目標物ユニットの検出器アレイに当たることが要件である。従って、それは十分に幅広く照射されなければならない。もし、強度上の理由により、より集中した測定光が必要となる場合、あるいは、目標物の移動範囲が非常に大きい場合は、測定光を目標物ユニットに向けるための旋回装置を設けてもよい。ただし、レーザ追跡システムとは異なり、測定光の方向付けは、費用効果が良い方法で達成できる大まかなもので十分である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物の空間における位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムと、これを備えた走査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの使用分野において、目標物の位置を決定する課題が生じる。目標物は、特に、一部がなんらかの形で動いたり、それ自体で勝手に動いたりすることがある。その例は、製造機械または測定機械の構成要素である。
【０００３】
本発明は特に、１μｍまたはそれよりもさらに良い範囲（サブμの範囲）の精度での位置検出が必要とされる場合を対象としている。この分野においては、主に、いわゆるレーザ追跡システムが用いられており、これにより、所望の距離情報が干渉計式に決定される。このようなシステムは、目標物に対して固定された位置にある目標物ユニットを備えており、これに、再帰反射器が固定されている。レーザ追跡システムはまた、測定光送信器を備えた測定光送信器ユニットを有しており、これによって、レーザ光が目標物ユニットの再帰反射器に照射される。再帰反射器は、測定光線をその光源に反射させるように構成されている。
【０００４】
測定光送信器ユニットは、干渉計装置と検出器を有し、検出器は、測定光線と参照光線との干渉により干渉計型測定信号を生成し、そこから干渉計型測定データが得られる。これらの干渉計型測定データにより、再帰反射器と測定光送信器ユニットとの間の距離に関する（より正確には、距離の変化に関する）距離情報を非常に正確に得ることが可能である。この距離情報は、目標物の所望の位置の判定に用いられる。ほとんどの場合、この情報は、再帰反射器が測定光送信器ユニットに対して位置する立体角に関する角度情報と組み合わされる。
【０００５】
このようなレーザ追跡システムは、例えば、下記の特許文献１から４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際出願公開番号ＷＯ２００５／０２６７７２号
【特許文献２】アメリカ特許番号第６，６６７，７９８号
【特許文献３】国際出願公開番号ＷＯ０１／０９６４３号
【特許文献４】アメリカ特許番号第６，６７５，１２２号
【特許文献５】アメリカ特許番号第６，１３４，５０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知のレーザ追跡システムの不利な点は、その複雑な構造である。特に、目標物の動きに対応する測定光線の非常に正確な追跡を行うには、複雑な機械設計が必要となる。
【０００８】
これを基礎として、本出願は、特に非常に正確な可動部に関して、より安価でありながら、レーザ追跡システムに勝るとも劣らない精度を実現する位置検出システムを提供するという技術的課題に基づいたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明による、目標物の位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムによって解消され、これは、目標物ユニットと、可干渉性の光の測定光線を前記目標物ユニットに照射する少なくとも１つの測定光送信器を備えた測定光送信器ユニットとを有し、前記目標物ユニットの位置が、前記測定光線と、前記測定光線と可干渉性である参照光線との干渉により検出器によって生成される干渉信号から得られる干渉計型測定データを用いて決定される位置検出システムにおいて、
前記目標物ユニット（１１）は、湾曲した光波面（３０）を備えた前記参照光線（２５）を送信するよう構成された参照光送信器（２３）を有するとともに、
前記目標物ユニットは、複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも１つの検出器アレイ（１４）を有しており、前記参照光送信器（２３）の参照光線（２５）が当該検出器アレイ（１４）に当たるように、当該検出器アレイ（１４）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、
前記測定光線（１６）の波面（２９）は、前記参照光線（２５）の波面（３０）の曲率よりも小さい曲率で、前記目標物ユニット（１１）の前記検出器アレイ（１４）に当たり、
前記測定光線（１６）及び前記参照光線（２５）の波面（２９、３０）は、十分に平行な向きで、前記検出器アレイ（１４）の検出器画素の一部（３１−８）のみに当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にし、
前記検出器アレイ（１４）の干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号は、当該各検出器画素（３１−８）と前記測定光送信器との間の距離の変化に関する距離情報を決定するために評価され、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記距離情報を用いて判定されることを特徴とする。
【００１０】
目標物ユニットは目標物の一部であってもよいし、目標物に固定されたユニット（いずれの場合も、目標物に対して所定の位置にある）であってもよい。公知の追跡システムとは異なり、このユニットは、単なる受動反射器ではなく、参照光送信器と少なくとも２つの検出器アレイからなるアクティブシステム構成要素であり、その検出器画素は、適切な幾何学的条件（後に詳述）が満たされた場合に干渉計型測定信号を生成することができるものである。干渉に必要となる、測定光線と参照光線との可干渉性を確実にするために、両光線は、同じレーザ光源から分かれた光線によって得られるとともに、好ましくは、可撓性光送信ケーブルによって、一方では光送信器ユニットへ、他方では目標物ユニットへ伝播される。
【００１１】
本発明により、特に以下の利点が得られる。
【００１２】
測定光線の正確な追跡は必要とされない。実際には、測定光線が十分な強度でその検出器アレイに当たるよう目標物ユニットに向かっておおよそ方向付けられれば十分である。従って、位置の検出は通常、機械的な移動を必要としない。例え、目標物の移動範囲が大きく、測定光線の方向を変更しなければならない場合でも、この移動は、精度要件が低いため、簡単かつ経済的な方法で実現可能である。
【００１３】
公知のレーザ追跡システムでは、再帰反射器の汚染によって測定精度が制限されるが、このような問題点は本発明には存在しない。
【００１４】
公知のレーザ追跡システムでは、その測定精度が再帰反射器への入射角の変化の影響を受けるため、さらなる問題が生じる。この測定精度の制限も、本発明で解消されるものである。
【００１５】
公知のレーザ追跡システムでは、距離情報の正確性もまた、測定光が送信器と受光器の間の光路に沿って２回伝播するという事実に左右される。従って、例えばシステム構成要素の変化によって起こったある測定誤差が、全誤差に２回影響を与えるということになる。しかし、本発明では、測定光は、測定光送信器ユニットと目標物ユニットとの間の光路を１回伝播するだけである。
【００１６】
本発明では、目標物ユニット（従って目標物）の位置を極めて高速で判定できるだけでなく、空間におけるその姿勢も判定することができる。
【００１７】
要約すると、技術的性能の改善が、安価に達成できるのである。
【００１８】
上述したように、位置検出システムは、特に、製造及び測定技術など、種々の分野で用いることができる。このような利用分野は上述の特許文献１から４に記載されている。さらなる例が特許文献５に記載されている。
【００１９】
この文献によると、いわゆる非接触式センサの位置を測定するために、レーザ追跡装置が用いられている。ここで意図されるものは、自動製造ライン（例えば自動車製造）における製造物の特徴的な構造を検出して、さらに別の部品を半完成品に正確に取り付けることができる光学システムである。また、このような場合においては、従来のレーザ追跡装置の代わりに、位置検出システムを好適に用いることができる。他の興味を引く利用分野は、研究過程または製造過程における部材の極めて正確な移動に用いられる小型アクチュエータを用いたグリッパシステムである。
【００２０】
本発明の特に重要な利用分野は、物体の表面の走査である。
【００２１】
「走査」という用語は、ここでは、空間における表面の位置及び形状を検出するために、表面上の複数の測定ポイントに関する位置情報（以下「表面走査情報」と称す）を得るあらゆる方法に言及するものであると、ほぼ理解してよい。これは、特に、物体の正確な寸法の判定（「寸法検査」）だけでなく、表面の構造的特徴、例えば、その粗さに関するものである。
【００２２】
表面走査には、主に座標測定機械が用いられる。これらは位置決め装置を有しており、多次元で高精度なドライブと、位置決め装置によって検査される物体に対して移動する走査センサとを備えており、走査センサによって物体の表面が走査される。走査センサとしては、測定される物体と薄い先端部または小さいボールとを接触させる、主に機械的スキャナが用いられ、この接触は、電子手段によって検出される。これにより、サブμｍまでの範囲の超高精度を実現することができる。所望の表面走査情報を得るためには、これに対応するセンサの位置に関する正確な位置情報が必要となる。これを確実にするため、座標測定機械は、極めて正確に構成しなければならない。これには高額なコストが必要である。さらに、機械的走査は、ひとつには、走査速度が制限されるということ、もうひとつには、繊細で弾性的な表面の場合には、破損や測定誤差が避けられないため、かなりの欠点を有している。
【００２３】
これに基づき、本発明はまた、物体の表面を走査する走査システムの改善にも関するものである。このシステムは、走査センサと、位置決め装置とを有し、これによって、位置決め装置に固定された走査センサが、物体に対して、異なる所望の位置に移動可能であり、その表面が走査されることとなる。ここで、本発明による位置検出システムを用いることによって、極めて高い精度が、安価な製造コストで得られ、目標物ユニットの位置の検出により、走査センサの位置情報が得られるように、位置検出システムの目標物ユニットが走査センサ（好ましくは目標物ユニットにしっかり固定されている）に対して所定の位置に配置される。所望の表面走査情報を判定するために、位置検出システムによって得られたセンサ位置情報はセンサ走査情報と組み合わされる。
【００２４】
好ましくは、表面走査の位置決め装置として、位置決めロボットが用いられる。これは、多次元の可動ロボットアームを備えている。走査センサと目標物ユニットはロボットアームに固定される。位置決めロボットが用いられた走査システムは、ドイツ特許出願番号第１０２００４０３９７６０Ａ１に記載されている。ここでは、球状のハウジングが、ロボットアームの先端部に取り付けられている。これは、一方では、走査先端を形成し、これによって表面が機械的に走査される。他方、これは再帰反射器を備え、その位置が、レーザ追跡システムによって判定される。この構造の目的は、サブｍｍの範囲での精度を得ることにある。本発明においては、位置決めロボットを用いたことによる利点（極めて複雑な表面の追跡を可能にする広い操作範囲、高い運動自由度；座標測定機械と較べて低いコスト）が利用される。同時に、ドイツ特許出願番号第１０２００４０３９７６０Ａ１と較べて、サブμｍの範囲まで下がる非常に高い精度が得られる。
【００２５】
好ましくは、本発明による表面走査システムでは、非接触で作動する走査センサが用いられる。適切な操作センサの好ましい構造の特徴は、アメリカ出願公開番号２００５／０１９０３７１Ａ１、国際出願公開番号ＷＯ２００５／０８８２４１Ａ１、及び国際出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０１１５８６に記載されている。これらの文献は、本発明に引用することによって組み込まれている。それらに記載されている走査センサの設計特徴と、ここに記載された走査システムとを組み合わせることによって、非常に複雑な表面の走査でも、迅速かつ比較的低いコストで、最高の精度で行うことができる。
【００２６】
本発明は、図面に示した実施例によって、以下に詳細に記載される。記載された特徴は、好適な実施例を提供するために、単独で、または組み合わせて用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】位置決めロボットと、その位置が本発明による位置検出システムによって検出される走査センサを備えた本発明による走査システムの一部がブロック図である概略側面図である。
【図２】測定光及び参照光に関し、本発明において特徴となる幾何学的な状態を示した詳細図である。
【図３】本発明に適した検出器アレイの別実施例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、物体３の表面２を走査する走査システム１を示している。走査システム１は、非接触操作式走査センサ５と、多次元可動式ロボットアーム８を備えた位置決めロボット７とからなり、位置決めロボット７は、走査センサのための位置決め装置６として機能する。
【００２９】
位置決めロボット７により、走査センサ５は、物体３の表面２にわたって案内され、表面２を（好ましくは光学的に）走査するようになっている。これにより、走査センサ５と表面との距離の変化が高い精度で検出できる。ここに記載した詳細以外の、適切な走査センサ及び位置決めロボットが公知である。この点においては、特に上述の文献が参照される。
【００３０】
表面２に関する所望の表面走査情報を得るためには、走査センサが付与する走査情報に加えて、その位置を正確に検出する必要がある。この目的のため、位置検出システムが用いられ、これは、２つの別体の構成要素として、測定光送信器ユニット１０と、測定センサ５に固定連結された目標物ユニット１１からなる。この位置検出システムに関しては、センサ５が目標物を形成し、その位置が位置検出システムによって検出される。
【００３１】
図示された例では、測定光送信器ユニット１０は２つの光送信器１３ａ、１３ｂを備えており、目標物ユニット１１は２つの検出器アレイ１４ａ、１４ｂを備えており、これらはそれぞれ、後述するように、複数の感光検出器画素からなっている。光送信器１３及び検出器アレイ１４の数は、位置検出課題の次元に対応していることが好ましい。位置の検出が一次元の課題である場合（例えば、目標物が正確に規定された経路に沿ってのみ移動可能であるため、目標物についての完全な位置情報が、測定光送信器ユニット及び目標物ユニットの間の距離を判定することにより得られる）、１つの光送信器及び１つの検出器アレイで十分である。しかしながら、多次元の位置検出または走査のためには、光送信器ユニットが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの光送信器を備えるとともに、目標物ユニットが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの検出器アレイを備えている本発明が、特に適切である。
【００３２】
光送信器の最小数及び検出器アレイの最小数は、課題の次元と対応していることが好ましい。よって、２次元の課題には、その数はそれぞれ少なくとも２つであり、３次元の課題には少なくとも３つである。対応する課題の次元より多い数の光送信器及び／または検出器アレイは必要ないが、余分に備えることによって、かく乱要因に対して特に高い安定性を実現することが利点となり得ることもある。
【００３３】
複数の検出器アレイは、例えば、ＣＣＤチップのような、対応する数の別体になった電子要素によって設けられていてもよい。しかし、原則的には、適切に大きい面積を持った単一の要素の上に複数の検出器アレイを設けることも可能である。この場合、画素のそれぞれの部分的数量が各有効検出器アレイを形成する。各検出器アレイは、１本の線に沿って延びる少なくとも１列の検出器画素を備えていることが好ましく、この線は直線であることが好ましい。
【００３４】
各測定光送信器１３ａ、１３ｂは、それらの測定光線１６ａ、１６ｂのそれぞれが検出器アレイ１４のそれぞれに当たるように、目標物ユニット１１に向かって可干渉性の光を放射する。レーザ光源１７ａ、１７ｂが、可干渉性の測定光のための光源として用いられる。これらから、測定光が、光ファイバー１８ａ、１８ｂ、光カプラ１９ａ、１９ｂ、別の光ファイバー２０ａ、２０ｂを介して、位相変調器ユニット２１に伝播され、そこから、光ファイバーの端部の伝達点まで達する。この伝達点が光送信器１３ａ、１３ｂを形成している。
【００３５】
目標物ユニット１１は、測定光送信器１３ａ、１３ｂと同様に、ファイバー光ケーブル２４の端部において光送信点によって形成されている参照光送信器２３を備えている。参照光ファイバー光ケーブル２４の中を通って、レーザ光源１７ａ、１７ｂの光から光カプラ１９ａ、１９ｂで分岐した参照光は、参照光送信器２３に伝播する。参照光送信器２３から、参照光線２５が、目標物ユニット１１の各検出器アレイ１４ａ、１４ｂに当たるように放射される。
【００３６】
測定光線１６ａ、１６ｂ及び参照光線２５の重畳された波面に関して、後に詳述する条件が満たされた場合は、検出器アレイ１４ａ、１４ｂを形成する画素の１つ、あるいは画素の複数が、アレイのそれぞれにおいて干渉信号を発する。干渉信号を生成する各検出器画素と測定光送信器１３ａ、１３ｂ（つまり測定光送信器ユニット１０）との間の距離の変化に関する距離情報は、これらの干渉信号からそれぞれ決定することができる。距離情報を決定するための干渉信号の処理は、レーザ追跡システムにおいても用いられている技術によって、公知の方法で行われる。好ましくは、測定光線１６ａ、１６ｂの光は、位相変調器ユニット２１によって周波数変調される。測定光線１６ａ、１６ｂの光は、生成された干渉信号が分離できるように、異なるように変調されることが好ましい。この分化変調は、位相変調であっても振幅変調であってもよい。信号処理は、測定データが不図示のデータラインを介して移送される、あるいはワイヤレスで移送される、図１に記号のみで示す、セントラルユニット２６で行われる。セントラルユニット２６はまた、システムの動作している要素（レーザ光源１７、位相変調ユニット２１、位置決めロボット７、走査センサ５）のための制御信号を発する。
【００３７】
図１は、２つの光送信器と２つの検出器アレイを備えた二次元の課題のための二次元図である。各アレイのそれぞれにおいて干渉信号を生成している（少なくとも）１つの検出器画素と各光送信器の間の距離の判定によって、目標物ユニット、つまり目標物の位置を、その空間方向（例えば、４つの空間座標、ｘ、ｙ、ヨーイング、傾斜）とともに完全に決定することができる。三次元の課題の場合は、上述したように、少なくとも３つの光送信器と３つの検出器アレイが設けられていることが好ましい。これにより、空間上の目標物の位置及び姿勢を完全に表す、すべての６つの空間座標（ｘ、ｙ、ｚ、ヨーイング、傾斜、回転）を決定することができる。
【００３８】
図示した位置検出システム９において、光線分割器として機能する光カプラ１９ａ、１９ｂから参照光送信器２３までの光路が非常に長いという事実から、技術的な問題が発生する。位置決めロボット７の動きにより、参照ファイバー光ケーブル２４の（わずかな）動的伸張が生じる可能性がある。決定された距離情報の正確性の要件が非常に高い場合は、このような動的伸張から生じる参照光路の長さ変化の補償が必要となる。これは、参照光の部分的なフィードバックによって行われる。
【００３９】
このために、参照ファイバー光ケーブル２４は、参照光の一部がファイバー光ケーブル２４に後方反射するよう（光源側にもどるよう）、参照光送信器２３の領域において形成されている。同様に、ファイバー光ケーブル２０ａ、２０ｂもまた、参照光の一部がファイバー光ケーブルに後方反射するよう、光送信器１３ａ、１３ｂの領域において形成されている。両方の後方反射光成分は、光カプラ１９ａ、１９ｂを介して、補償ユニット２７ａ、２７ｂに到達し、そこで、２つの光成分の干渉が起こる。その結果として生じる干渉信号から、測定光路（ファイバー光ケーブル２０ａ、２０ｂ）と比較して、参照光路（ファイバー光ケーブル２４）の動的長さ変化に関する情報を決定することができ、その情報が補償に必要となる。この情報に基づき、ファイバー光ケーブル（特に、参照光送信器への長いケーブル）の動的伸張によって生じたエラーが補償される。
【００４０】
以下、図２に関し、測定光線の入射角が、目標物ユニット及びその検出器アレイに対して広い角度範囲で変化したとしても、可動部分なしに、干渉信号の生成を可能にするために満たすべき幾何学的条件を説明する。
【００４１】
図２は、検出器アレイ１４の表面に対する垂線Ｎに対して角度αで入射する測定光線１６を示している。光送信器１３からの距離が検出器アレイ１４の広がりよりはるかに長いという事実のため、測定光線１６の波面２９は、ほぼ直線状に延びている。いずれにしても、その曲率度は、参照光送信器２３からかなり短い光路上で、半透明ミラー３２を介して検出器アレイ１４に照射される参照光線２５の波面３０の曲率よりも大幅に小さい。
【００４２】
干渉信号の測定を可能にする条件は、測定光線１６と参照光線２５の特定の場所の波面が、アレイ１４のひとつの検出器画素３１上に十分平行に当たるということである。この平行要件からの許容偏差に関する正確な情報は、干渉信号の評価可能性が、特に、用いられる測定電子機器によって異なるため、規定することができない。式α＝λ／（２ｄ）によって、おおよその評価が可能になる。この等式に基づき、波長がλ＝６３０ｍｍで、検出器画素径がｄ＝１０μｍとすると、α＝０．０３ｒａｄまたは１．７°の許容偏角が算出される。
【００４３】
図２の説明図が示しているように、波面２９、３０の異なる曲率のため、この条件は、検出器アレイ１４のうち１つ、または極少数の隣接する検出器画素３１のみに対して満たされる。図３では、このことは、３１−８として示されるアレイ１４の８番目の検出器画素に当てはまる。
【００４４】
これにより、測定光線１６の入射角のより大きい範囲が、測定光線及び参照光線が始まるポイント（光送信器）の位置決めに関して、また、適切な検出器アレイに接した両光線の波面の関連曲率に関して、上述した幾何学的条件を満たすことによって、可動部なしに、捕らえられることができることが明らかである。測定光線１６の波面に対して、参照光線２５の波面の曲率の度合いが高ければ高いほど、測定光線１６と検出器アレイ１４の垂線Ｎとの間の評価可能角度αも大きくなる。同時に、干渉する隣接画素の数も減る。本発明の実験的評価は、平面的な検出器アレイ（共通の平面に配置された検出器画素を備えたもの）に対する角度αが、ほぼ±４５°、最大±６０°であることを示した。これは、ほとんどの使用の場合において十分なものである。より大きな範囲が必要な場合は、図３に示す検出器アレイの構成が選択可能であり、ここでは、アレイの異なる部分１４−１、１４−２が、角度βをなして互いに方向付けられており、角度βは、好ましくは、少なくとも３０°である。
【００４５】
記載した発明は、多数の改変が可能であり、とりわけ、下記が想定される。
【００４６】
検出器アレイを構成するには、光の位置分解検出を可能にする複数の感光素子を備えたものであるならば、別の電子要素であってもよい。検出器アレイの感光素子（画素）は、好ましくは（しかし必ずしも必要でない）直線上のラインに沿って延びていることが好ましい。コスト及び機能を考慮すると、ＣＣＤ検出器アレイが特に適切である。
【００４７】
本発明において用いられる光の波長は、可視範囲内のものでなくてもよい。よって、本発明において意味する「光」とは、可視範囲に近接する電磁波も指すものである（紫外線とともに赤外線も含む）。
【００４８】
各光送信器における測定光線及び参照光線の波面の曲率は、そこに存在する光学条件によって決定される。点光源を持って、球状の波面が発生する。しかし、検出器アレイに当たる際の、異なる曲率に関する上述した条件が満たされる限りにおいて、適切な出力光学機器によって、本発明に適切な、異なる（球状ではない）曲面の波面を発生させることもできる。
【００４９】
図１に示す構成は、複数の光送信器１３ａ、１３ｂに対応する（可干渉性の、つまり干渉に適した）参照光が同じ（共通の）ポイント（参照光送信器２３）に存在しているものであり、実際的な理由により利点があるが、必ずしも必要なものではない。目標物ユニットにおける参照光（参照光送信器）のための複数の出口箇所を設けることも可能である。
【００５０】
上述したように、この位置検出システムは、原則的に、可動部品なしで作動することが可能である。しかし、測定光が十分な強度で目標物ユニットの検出器アレイに当たることが要件である。従って、それは十分に幅広く照射されなければならない。もし、強度上の理由により、より集中した測定光が必要となる場合、あるいは、目標物の移動範囲が非常に大きい場合は、測定光を目標物ユニットに向けるための旋回装置を設けてもよい。ただし、レーザ追跡システムとは異なり、測定光の方向付けは、費用効果が良い方法で達成できる大まかなもので十分である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物（１１）の位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムであって、
目標物ユニット（１１）と、
可干渉性の光の測定光線（１６）を前記目標物ユニット（１１）に照射する少なくとも１つの測定光送信器（１３）を備えた測定光送信器ユニット（１０）とを有し、
前記目標物ユニット（１１）の位置が、前記測定光線（１６）と、当該測定光線（１６）と可干渉性である参照光線（２５）との干渉により検出器によって生成される干渉信号から得られる干渉計型測定データを用いて決定される位置検出システムにおいて、
前記目標物ユニット（１１）は、湾曲した光波面（３０）を備えた前記参照光線（２５）を送信するよう構成された参照光送信器（２３）を有するとともに、
前記目標物ユニットは、複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも１つの検出器アレイ（１４）を有しており、前記参照光送信器（２３）の参照光線（２５）が当該検出器アレイ（１４）に当たるように、当該検出器アレイ（１４）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、
前記測定光線（１６）の波面（２９）は、前記参照光線（２５）の波面（３０）の曲率よりも小さい曲率で、前記目標物ユニット（１１）の前記検出器アレイ（１４）に当たり、
前記測定光線（１６）及び前記参照光線（２５）の波面（２９、３０）は、十分に平行な向きで、前記検出器アレイ（１４）の検出器画素の一部（３１−８）のみに当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にし、
前記検出器アレイ（１４）の干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号は、当該各検出器画素（３１−８）と前記測定光送信器との間の距離の変化に関する距離情報を決定するために評価され、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記距離情報を用いて判定されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
前記検出器アレイ（１４）は、好ましくは直線状であるラインに沿って延びる検出器画素（３１）列からなることを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記測定光線（１６）を変調する位相変調器（２１）を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記目標物ユニット（１１）は、それぞれ複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つの複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）を有しており、前記参照光送信器（２３）の前記参照光線（２５）が当該検出器アレイに当たるように当該複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、少なくとも１つの前記測定光線（１６）の波面（２９）及び前記参照光線（２５）の波面は、各検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）の検出器画素（３１）の一部分のみに十分に平行な向きをもって当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にするとともに、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）のそれぞれにおいて前記干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号を評価することによって得られる距離情報を用いて決定されることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記測定光送信器ユニット（１０）は、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つの複数の測定光送信器（１３ａ、１３ｂ）を有しており、当該測定光送信器のそれぞれは、前記目標物ユニットに測定光線（１６ａ、１６ｂ）を放射するよう構成されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項６】
前記複数の測定光送信器（１３ａ、１３ｂ）の前記複数の測定光線（１６ａ、１６ｂ）が、異なるように変調する変調器を有することを特徴とする請求項５に記載の位置検出システム。
【請求項７】
走査対象物（３）の表面（２）を走査する走査システムであって、走査センサ（５）と、位置決め装置（６）とを有し、これによって、位置決め装置に固定された走査センサ（５）が、前記走査対象物に対して、異なる所望の位置に移動可能であるものにおいて、先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出のための位置検出システム（９）を備え、前記目標物ユニット（１１）の位置の検出により、前記走査センサ（５）の位置が判定されるように、前記目標物ユニットが前記走査センサに関して所定の位置に位置するとともに、位置決めシステムによって決定された前記走査センサ（５）の位置情報がセンサ走査情報とともに処理されて、所望の表面走査情報を生成することを特徴とする走査システム。
【請求項８】
前記位置決め装置は、多次元可動式ロボットアーム（８）を備えた位置決めロボット（７）を備えており、前記走査センサ（５）と前記目標物ユニット（１１）が前記ロボットアーム（８）に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の走査システム。
【請求項９】
前記走査センサ（５）が非接触式で作動することを特徴とする請求項７または８に記載の走査システム。
【請求項１】
目標物（１１）の位置の非接触式干渉計型検出のための位置検出システムであって、
目標物ユニット（１１）と、
可干渉性の光の測定光線（１６）を前記目標物ユニット（１１）に照射する少なくとも１つの測定光送信器（１３）を備えた測定光送信器ユニット（１０）とを有し、
前記目標物ユニット（１１）の位置が、前記測定光線（１６）と、当該測定光線（１６）と可干渉性である参照光線（２５）との干渉により検出器によって生成される干渉信号から得られる干渉計型測定データを用いて決定される位置検出システムにおいて、
前記目標物ユニット（１１）は、湾曲した光波面（３０）を備えた前記参照光線（２５）を送信するよう構成された参照光送信器（２３）を有するとともに、
前記目標物ユニットは、複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも１つの検出器アレイ（１４）を有しており、前記参照光送信器（２３）の参照光線（２５）が当該検出器アレイ（１４）に当たるように、当該検出器アレイ（１４）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、
前記測定光線（１６）の波面（２９）は、前記参照光線（２５）の波面（３０）の曲率よりも小さい曲率で、前記目標物ユニット（１１）の前記検出器アレイ（１４）に当たり、
前記測定光線（１６）及び前記参照光線（２５）の波面（２９、３０）は、十分に平行な向きで、前記検出器アレイ（１４）の検出器画素の一部（３１−８）のみに当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にし、
前記検出器アレイ（１４）の干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号は、当該各検出器画素（３１−８）と前記測定光送信器との間の距離の変化に関する距離情報を決定するために評価され、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記距離情報を用いて判定されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
前記検出器アレイ（１４）は、好ましくは直線状であるラインに沿って延びる検出器画素（３１）列からなることを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記測定光線（１６）を変調する位相変調器（２１）を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記目標物ユニット（１１）は、それぞれ複数の検出器画素（３１）を備えた少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つの複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）を有しており、前記参照光送信器（２３）の前記参照光線（２５）が当該検出器アレイに当たるように当該複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）は前記目標物ユニット（１１）に固定されており、少なくとも１つの前記測定光線（１６）の波面（２９）及び前記参照光線（２５）の波面は、各検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）の検出器画素（３１）の一部分のみに十分に平行な向きをもって当たって、当該検出器画素（３１−８）における干渉信号の生成を可能にするとともに、
前記測定光送信器ユニット（１０）に対する前記目標物の位置は、前記複数の検出器アレイ（１４ａ、１４ｂ）のそれぞれにおいて前記干渉信号を生成している少なくとも１つの検出器画素（３１−８）の干渉信号を評価することによって得られる距離情報を用いて決定されることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記測定光送信器ユニット（１０）は、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つの複数の測定光送信器（１３ａ、１３ｂ）を有しており、当該測定光送信器のそれぞれは、前記目標物ユニットに測定光線（１６ａ、１６ｂ）を放射するよう構成されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出システム。
【請求項６】
前記複数の測定光送信器（１３ａ、１３ｂ）の前記複数の測定光線（１６ａ、１６ｂ）が、異なるように変調する変調器を有することを特徴とする請求項５に記載の位置検出システム。
【請求項７】
走査対象物（３）の表面（２）を走査する走査システムであって、走査センサ（５）と、位置決め装置（６）とを有し、これによって、位置決め装置に固定された走査センサ（５）が、前記走査対象物に対して、異なる所望の位置に移動可能であるものにおいて、先行する請求項のいずれか一項に記載の位置検出のための位置検出システム（９）を備え、前記目標物ユニット（１１）の位置の検出により、前記走査センサ（５）の位置が判定されるように、前記目標物ユニットが前記走査センサに関して所定の位置に位置するとともに、位置決めシステムによって決定された前記走査センサ（５）の位置情報がセンサ走査情報とともに処理されて、所望の表面走査情報を生成することを特徴とする走査システム。
【請求項８】
前記位置決め装置は、多次元可動式ロボットアーム（８）を備えた位置決めロボット（７）を備えており、前記走査センサ（５）と前記目標物ユニット（１１）が前記ロボットアーム（８）に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の走査システム。
【請求項９】
前記走査センサ（５）が非接触式で作動することを特徴とする請求項７または８に記載の走査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１０−５１５０７０（Ｐ２０１０−５１５０７０Ａ）
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４４３６４（Ｐ２００９−５４４３６４）
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０１０５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８０４９０
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０８１８７０５６）アイシス・ゼントロニクス・ゲー・エム・ベー・ハー (3)
【住所又は居所原語表記】ＩＮＮＳＴＲ． ２８， ６８１９９ ＭＡＮＮＨＥＩＭ， ＢＵＮＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ ＤＥＵＴＳＣＨＬＡＮＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０１０５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８０４９０
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０８１８７０５６）アイシス・ゼントロニクス・ゲー・エム・ベー・ハー (3)
【住所又は居所原語表記】ＩＮＮＳＴＲ． ２８， ６８１９９ ＭＡＮＮＨＥＩＭ， ＢＵＮＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ ＤＥＵＴＳＣＨＬＡＮＤ
【Ｆターム（参考）】
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