JP2010071990A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信器と受信器を、それらに対応する偏向部品に対して具体的に配置する際の柔軟性を出来る限り大きくすることができる位置測定装置を提供する。
【解決手段】送信器１と受信器５を目盛支持体３の同じ（例えば、第一の）表面の前の同じ空間領域内に配置するとともに、送信器及び受信器と逆側の目盛支持体の（第二の）表面３２の別の（第二の）空間領域内Ｒ２に、送信器から送出された電磁波を受信器の方に方向転換させる役割を果たす（一つ又は複数の部分から成る）偏向部品４を配備する位置測定装置において、送信器１には、送信器１から送出された電磁波を平行な電磁波ビームＬ１にする、送信器１から送出された電磁波Ｌをコリメートする機器２が対置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念にもとづく位置測定装置に関する。

そのような位置測定装置は、第一の空間領域の方を向いた第一の表面とそれと逆側の第二の空間領域の方を向いた第二の表面とを有する目盛支持体を備えており、その目盛支持体には、電磁波を用いた位置測定のために、透過方式により走査することが可能な少なくとも一つの目盛構造が設けられている。

そのような目盛支持体上に設けられた目盛構造は、例えば、増分目盛、絶対符号化トラック及び所謂基準マークの中の一つ以上を備えることができる。更に、少なくとも一つの目盛構造は、（所謂測角器として実現される）角度測定用にも、（所謂測長器として実現される）長さ測定用にも構成することができる。その詳細については、非特許文献１の専門書を参照されたい。

透過方式による目盛構造の走査とは、目盛支持体に対応する送信器から送出された、例えば、光の形の電磁波が、目盛支持体の目盛構造の領域を通り抜けて、その際、一つ又は複数の目盛構造と相互作用することを意味する。その電磁波は、当該の電磁波を透過する目盛支持体を通り抜け、それと同時に各目盛構造と相互作用した後、受信器によって検出され、受信器は、受信した電磁波から、後続の評価ユニットが目盛支持体に対する送信器と受信器の位置を決定するために評価する出力信号を生成する。それによって、一方が目盛支持体に取り付けられ、他方が送信器と受信器に取り付けられた二つの物体の互いの位置を決定することも可能である。

前述した透過方式により目盛支持体又はより正確にはその少なくとも一つの目盛構造を走査するためには、目盛支持体の第一の表面の前の第一の空間領域内に送信器を配置し、それと対向して、目盛支持体の第二の表面の前の第二の空間領域内に受信器を配備するのが一般的である。その場合、送信器から送出された電磁波は、先ずは目盛支持体の目盛構造の領域を通り抜け、次に、それに対応する受信器に当たる。

しかし、位置測定装置の送信器と受信器を目盛支持体の同じ（例えば、第一の）表面の前の同じ空間領域内に配置するとともに、送信器及び受信器と逆側の目盛支持体の（第二の）表面の前の別の（第二の）空間領域内に、送信器から送出された電磁波を受信器の方に方向転換させる役割を果たす（一つ又は複数の部分から成る）偏向部品を配備することも知られている。具体的には、そのような構造では、第一の空間領域内の送信器から送出された電磁波が、例えば、それと対向する（第二の空間領域内の）偏向部品によって方向転換されて、その方向転換された電磁波が、先ずは目盛支持体の目盛構造の領域を通り抜け、その際、一つ又は複数の目盛構造と相互作用し、次に、（送信器と共に目盛支持体の偏向部品と逆側の（第一の）表面の前に有る）受信器に当たるようになっている。そのような配置構成は、例えば、特許文献１により周知である。

ドイツ実用新案第２９９１５９９８号明細書

Digitale Laengen- und Winkelmesstechnik: Positionsmesssysteme fuer den Maschinenbau und die Elektroindustrie von Alfons Ernst (Landsberg/Lech 1998, 3. Aufl.)

本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載された形式の位置測定装置を一層改善することであり、特に、送信器と受信器を、それらに対応する偏向部品に対して具体的に配置する際の柔軟性を出来る限り大きくすることである。

本課題は、本発明にもとづき、請求項１の特徴を有する位置測定装置を実現することによって解決される。

それによると、位置測定装置の送信器には、位置測定時に送信器から送出された電磁波をコリメートする機器が対置されており、その結果、送信器から送出された電磁波は、平行な電磁波ビームとなって、そのような平行な電磁波ビームとして偏向部品に供給されることとなる。

ここで、電磁波を用いた目盛構造を所定通り走査するために、並びに目盛構造との相互作用後の電磁波を受信器で所定通り受信するために、位置測定のために送信器から送出される電磁波を平行にすることは、送信器、目盛支持体、偏向部品及び受信器の間の間隔を選択する自由度に関して、平行でない、例えば、発散した電磁波を使用した場合よりも大きい自由度が得られるという利点を有する。更に、平行な電磁波ビームを使用することは、発散した電磁波と比べて、電磁波ビームの横断面が一定となるために、光源から偏向部品まで電磁波を誘導するのに必要なスペースが最小となり、そのため位置測定装置全体に関して必要な構造空間を低減することができるという利点を有する。

目盛支持体に設けられた少なくとも一つの目盛構造（測定目盛）が、通常通り目盛支持体の一方の側の前に有る第一の空間領域を目盛支持体の他方の側の前に有る第二の空間領域から分離する平面内を延びている場合、送信器と受信器は、そのような平面に対して、同じ側の第一の空間領域内に有る一方、偏向部品は、そのような平面に対して、送信器と受信器と逆側の第二の空間領域内に配置される。

本発明の実施構成では、目盛支持体は、送信器から送出された電磁波ビームが目盛支持体を通り抜けた後偏向部品に当たるように、位置測定装置の送信器と偏向部品の間に置かれる。この場合、電磁波ビームは、先ずは目盛支持体の目盛構造が無い領域、例えば、目盛構造の近傍に有る目盛支持体の領域又は二つの目盛構造の間に有る領域を通り抜けて行く。

本発明の改善構成では、偏向部品には、方向転換すべき電磁波ビームを拡大するための機器が設けられており、その結果、偏向部品から少なくとも一つの目盛構造の方に方向転換された電磁波ビームは、当初送信器から偏向部品の方向に送出された電磁波ビームよりも大きい横断面を有することとなる。

そのために、電磁波ビームを拡大する機器は、例えば、電磁波ビームと相互作用して拡大させる少なくとも一つの拡大領域を備えることができる。しかし、二つ以上の拡大領域を配備することもできる。各拡大領域は、例えば、電磁波を反射させる形態で構成することができる。

一つの実施構成では、各拡大領域は、例えば、横断面が放物線状の領域の形又はレンズ状の領域の形の湾曲した（反射又は透過する形態の）領域として構成される。他方において、電磁波ビームを拡大するために、特に、格子定数が位置に依存する（位置に応じて変化する）回折領域の形の、送信器から送出された電磁波ビームと相互作用させる少なくとも一つの回折領域を配備することができる。

送信器から送出された（平行な）電磁波ビームを拡大するために、二つ以上の拡大領域が偏向部品に設けられている場合、電磁波が、（例えば、反射又は透過する形態の湾曲した領域の形又は回折領域の形の）第一の拡大領域との相互作用後に、先ずは反射面によって反射されてから、（例えば、別の湾曲した領域の形又は別の回折領域の形の）別の拡大領域に当たるように、二つの拡大領域の間毎に少なくとも一つの反射面を配置することができる。

有利には、送信器から送出された電磁波は、方向転換後に再び平行な電磁波ビームにされてから、目盛構造の走査に使用されるように、偏向部品を用いて方向転換される。そのために、例えば、送信器から送出された（平行な）電磁波ビームは、第一の拡大領域で発散した電磁波ビームに変換され、次に、第二の空間領域で再び平行にされるものと規定することができる。

更に、例えば、受信器及び／又は目盛支持体の所定の領域を電磁波との相互作用の対象から除外するために、構造化された面との相互作用後の電磁波ビームが、電磁波の無い部分領域を有するように、少なくとも一つの構造化された面を偏向部品に配備することができる。

以下において、実施例にもとづき本発明を更に詳しく説明する。

本発明による位置測定装置の実施形態は、角度測定システムでも、長さ測定システムでも使用することができる。目盛構造は、第一に挙げた形態では、特に、湾曲した軌道に沿って、円形に延び、第二に挙げた形態では、特に、直線に沿って直線的に延びる。それに対応して設置される目盛支持体は、（円形の）目盛ディスクとして、或いは長手方向に延びる基準尺として構成される。

本発明の更なる詳細及び利点は、以下における図面にもとづく実施例の記述によって明らかとなる。

透過方式により走査可能な目盛構造を備えた目盛支持体と、目盛支持体の一方の側の前に配置された電磁波を送出する送信器及びそれに対応する受信器と、目盛支持体の他方の側の前に配備された送信器から送出された電磁波を目盛構造及び受信器の方に方向転換する偏向部品とを有する位置測定システムの模式図 送信器から送出された、目盛構造の走査に使用される電磁波と共に図１の目盛支持体の目盛構造の領域の一部を図示した平面図 図１の偏向部品の変化形態の図 走査に使用される電磁波ビームに電磁波の無い領域を設計通り作り出すために偏向部品の面を構造化した実施例の図 図１の偏向部品の別の変化形態の図

図１は、例えば、光の形の電磁波Ｌを送出する送信器１と、少なくとも一つの目盛構造を備えた目盛支持体３と、送信器１から送出された電磁波をそれぞれ目盛支持体３上に設けられた目盛構造との相互作用後に受信する受信器５とを有する、例えば、工作機械の互いに移動する二つの機械部品などの互いに移動する二つの物体の位置を測定する位置測定装置を模式的に図示している。

そのような位置測定装置において、一方の送信器１及び受信器５と他方の目盛支持体３が、それぞれ互いに移動可能な二つの物体の中の一つに取り付けられている場合、送信器１から送出されて少なくとも一つの目盛構造との相互作用後に受信器５で受信される電磁波を用いて、目盛支持体３上に設けられた目盛構造を走査することによって、物体の互いの位置に関する情報を取得することができる。

この場合、以下において図１にもとづき説明する送信器１から送出されて、受信器５で受信される電磁波を用いて、目盛支持体３上に設けられた目盛構造を走査する原理は、位置測定装置が長さ測定システムであるか、或いは角度測定システムであるかに依存しない。第一に挙げた形態では、目盛支持体は、通常長手方向に延びる基準尺として構成されており、その上には、少なくとも一つの測定目盛が直線に沿って、即ち、長さを測定する直線的な測定方向に沿って延びている。第二に挙げた形態では、目盛支持体は、通常（円環形の）ディスクとして構成されており、その上には、角度を測定するための測定目盛が円軌道に沿って延びている。

この場合、図１に図示されている位置測定装置は、所謂透過方式をベースとする、即ち、走査用に使用する電磁波Ｌが、（使用する電磁波を透過する）目盛支持体３における少なくとも一つの目盛構造を備えた領域３０を通り抜けて、その際、電磁波は、少なくとも一つの目盛構造と相互作用する。それに続いて、電磁波は、受信器５に当り、そこで、電磁波から後続の評価ユニットで位置決定のために評価することが可能な出力信号が生成される。

（目盛構造を走査するために電磁波を使用する）所謂光電式測定方式にもとづく位置測定装置及び所謂透過方式又は透過光方式にもとづき、そのような測定装置を長さ測定及び角度測定に使用することは一般的に周知である。その例は、非特許文献１の専門書を参照されたい。

しかし、光電式測定方式により動作するとともに、目盛支持体上に設けられた少なくとも一つの目盛構造を透過方式又は透過光方式で走査する位置測定装置では、一方の電磁波を送出する役割を果たす送信器と他方の（目盛構造との相互作用後の）電磁波を検出するために配備された受信器は、通常目盛支持体に対して互いに逆側に配置されている。それに対して、図１に模式的に図示されている位置測定装置では、送信器１とそれに対応する受信器５は、目盛支持体３に対して同じ表面３１の前に有る。

以下において、図１に模式的に図示されている位置測定装置の具体的な構造を詳しく説明する。

ここでは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）として構成された、位置測定装置の送信器１は、位置測定装置の動作時に、目盛支持体３上に設けられた目盛構造を走査するために使用される、例えば、光の形の電磁波Ｌを発生する。

送信器１の後には、第一の絞り２２、コリメータレンズ２４及び第二の絞り２６から成る、これらが、この順序で、送信器１が発生した電磁波Ｌの光路内に順番に並べられたコリメータ機器２が配置されている。

コリメータ機器２は、コリメータレンズ２４を用いて、送信器１から送出された電磁波から、コリメータレンズ２４の両側に配置された絞り２２，２６によって横断面が決まる平行な電磁波ビームＬを生成する。

送信器１とコリメータ機器２は、走査すべき少なくとも一つの目盛構造が設けられた目盛支持体３の第一の表面３１の前の第一の空間領域Ｒ１内に有る。

図１に横断面が図示されている目盛支持体３は、少なくとも一つの目盛構造が設けられた構造化された領域３０の他に、目盛構造が設けられていない領域も有する。図１では、送信器１とコリメータ機器２が生成した平行な電磁波ビームＬ１は、先ずはそのような目盛構造が設けられていない目盛支持体３の領域を通り抜ける。電磁波ビームＬ１は、そのような使用している電磁波を透過する目盛支持体３の領域に当り、その第一の空間領域Ｒ１の方を向いた第一の表面３１から入って、次に、それと逆側の第二の表面３２から再び出て行く。

目盛支持体３の第二の表面３２は、その第一の表面３１に対して逆側に有り、そのため目盛支持体３の第一の表面３１の前に有る空間領域Ｒ１とそこに配備された送信器１及びコリメータ機器２の構成部品に対しても逆側に有る。

目盛支持体３の第二の表面３２の前には、送信器１から送出された電磁波を目盛支持体３の構造化された領域３０の方に方向転換させるように構成、設置された偏向部品４が配備されている第二の空間領域Ｒ２が有る、詳しくは、そのため、送信器１とコリメータ機器２が生成した平行な電磁波ビームＬ１は、第一の空間領域Ｒ１から（目盛支持体３を通り抜けて）第二の空間領域Ｒ２に到達する。

この実施例では、偏向部品４は、例えば、プラスチック又はガラスから製作することができる本体部を有し、その目盛支持体３の方を向いた表面４０は、偏向部品４の外から偏向部品４の方向に送出された電磁波Ｌを透過する。

偏向部品４内には、送信器１から偏向部品４に入射して来た電磁波ビームＬ１を方向転換するとともに、更に拡大する役割を果たす二つの偏向・拡大領域４２，４６が設けられている。二つの偏向・拡大領域４２，４６は、ここでは、反射面として構成されており、具体的には、放物線状に湾曲した（横断面が放物線形状である）二つの面である。

二つの偏向・拡大領域４２，４６は、反射させる実施形態では、例えば、入射して来る電磁波をその都度反射する金属をコーティングした面として構成することができる。

この場合、第一の偏向・拡大領域４２を構成する面は、（放物線状に）湾曲しており、平行な電磁波ビームＬ１を発散した電磁波ビームに変換することによって、そこに入射して来る電磁波ビームＬ１を反射する際に拡大している。そのために、この実施例では、当該の面は凸面状に湾曲している。

更に、第一の偏向・拡大領域４２は、電磁波が第一の偏向・拡大領域４２との相互作用後に、ここでは、目盛支持体３の方を向いた偏向部品４の表面４０の裏側である、斜めから入射して来る電磁波を（全）反射する偏向部品の面４４上に斜めに到達するように、偏向部品４内に配置されている。

第二の偏向・拡大領域４６は、又もや、反射面４４で反射された電磁波が次に第二の偏向・拡大領域４６に当たるように、偏向部品４内に配置されている。その領域は、ここでは、（凹面状に）湾曲した面として、より正確には放物線状に湾曲した（横断面が放物線形状の）面として構成された、又もや反射領域である。所望の反射特性を実現するために、当該の偏向・拡大領域４６に金属コーティングを施すことができる。

第二の偏向・拡大領域の湾曲は、そこに入射して来る発散した電磁波が、第二の偏向・拡大領域で反射されることによって、再び平行となり、その結果、最終的に、平行な電磁波ビームＬ２が、目盛支持体３の方を向いた表面４０に対して垂直に偏向部品４から出射して行く。この場合、偏向部品４から出射して行く電磁波ビームＬ２は、特に、第一に挙げた電磁波ビームＬ２を生成するための、偏向部品４に入射して来る電磁波ビームＬ１に対して平行に進む。

この場合、二つの偏向・拡大領域４２，４６は、拡大・偏向後に偏向部品４から出射して行く（平行な）電磁波ビームＬ２の横断面（直径）が、目盛支持体３の構造化された領域３０内において、位置測定のために走査すべき目盛構造全体を検出するのに充分な大きさとなるように構成される。そのような目盛構造は、例えば、少なくとも一つの増分目盛、少なくとも一つの絶対符号化トラック及び一つの基準マークトラックの中の一つ以上とすることができる。

それに対して、当初送信器１から送出されて、後続のコリメータ機器２で平行にされた電磁波ビームＬ１に関して、横断面（直径）を比較的小さくするのが有利であり、その理由は、そのような横断面（直径）の小さい電磁波ビームＬ１は、電磁波ビームを透過する目盛支持体３の領域を通るように、即ち、特に、位置測定のために走査すべき目盛構造が設けらていない領域を通るように、設計通り誘導することができるからである。

更に、偏向部品４と、特に、二つの偏向・拡大領域４２，４６とは、当初送信器１によって発生されて、コリメータ機器２を用いて平行にされた（偏向部品に供給される）電磁波ビームＬ１と、それから生成される、偏向部品４から出射して行く電磁波ビームＬ２との間の間隔（中心間の間隔）が配置構成全体のその時々の幾何学形状に合った形で実現されるように構成、配置される。

偏向部品４から出射して来た電磁波ビームＬ２は、目盛支持体３を通り抜ける際に、その構造化された領域３０内において、そこに設けられた少なくとも一つの目盛構造（測定目盛）と相互作用し、その結果、送信器１から送出された電磁波を用いた位置測定のための目的とする目盛構造の走査が透過方式（透過光方式）で行われる。

偏向部品から出射して来た電磁波ビームＬ２の形の電磁波は、目盛支持体３の一つ又は複数の目盛構造との相互作用後、最終的に受信器５（光検出器）によって受信されて、受信器は、位置測定装置の動作時に、周知の手法で、電磁波と少なくとも一つの目盛構造との相互作用を表す出力信号を生成し、その出力信号は、後続の処理・評価ユニットによる位置決定のために供給される。

図１の実施例では、目盛支持体３又はその目盛構造が透過方式により走査されるにも関わらず、送信器１とコリメータ機器２から成る照射ユニット１，２も、受信器５も同じ空間領域Ｒ１内に配置されている、即ち、目盛支持体３に対して同じ表面（第一の表面３１）の前に配置されている。

それは、目盛支持体３の逆側の第二の表面３２の前の第二の空間領域Ｒ２内に配置された偏向部品４によって可能であり、その偏向部品は、送信器１から送出されて、コリメータ機器２により平行にされた電磁波が、目盛支持体３の構造化された領域３０を通り抜けた後、位置測定装置の受信器５に当たるように、電磁波を方向転換する部品である。

言い換えると、送信器１と受信器５は、共通して目盛支持体３の一方の側面の前に配置される一方、偏向部品４は、その側面と逆側の、送信器１及び受信器５と逆側の目盛支持体３の他方の側面の前に置かれている。

この場合、前述した部品１，４，５の全てをそれぞれ目盛支持体３と対向させて、これらの部品上への垂直な（目盛支持体３が展開する平面Ｅに対して垂直な）投射全体が、それぞれ目盛支持体３上に当たるようにする必要はない。むしろ、例えば、送信器１から送出された電磁波が、（平行にされた後）電磁波ビームＬ１として目盛支持体３を通過せずに、それを迂回するように、送信器１を空間領域Ｒ１内に配置することも可能である。その場合、それに対応して、第二の空間領域Ｒ２内に置かれている偏向部品４も、その空間領域Ｒ２内において、目盛支持体３の外に突き出て、送信器１から送出された電磁波を受け取るようにしなければらない。

目盛支持体３が展開するとともに、目盛支持体３に設けられた、構造化された領域３０内の目盛構造に対して平行に延びる平面Ｅを出発点とした場合、送信器１、偏向部品４及び受信器５の配置構成を次の通り表すこともできる。即ち、目盛支持体３が置かれている平面Ｅは、この平面Ｅの両側に配置された二つの空間領域Ｒ１，Ｒ２に空間を分割している。図１の実施例では、例えば、第一の空間領域Ｒ１が平面Ｅの左側に有り、第二の空間領域Ｒ２が平面Ｅの右側に有る。そして、送信器１と受信器５は、同じ空間領域Ｒ１内に有る、即ち、平面Ｅに対して同じ側、つまり図１の実施例では平面Ｅの左側に有る。偏向部品４は、平面Ｅの逆側、即ち、図１の実施例では平面Ｅの右側の別の空間領域Ｒ２内に配置されている。従って、偏向部品４は、そのような平面Ｅに関して、送信器１及び受信器５と対向している。

図２は、図１による位置測定システムに採用することが可能な目盛支持体３の実施例の平面図を図示している。図２で部分的に図示されている目盛支持体３は、角度測定システム又はロータリーエンコーダーの円盤形状の目盛支持体である。その上には、構造化された領域３０内において、線状のマークが順番に周期的に配置された増分目盛の形の第一の目盛構造（測定目盛３０ａ）と、絶対符号化されたトラックの形の第二の目盛構造（測定目盛３０ｂ）とが延びている。

更に図２から分かる通り、図１で送信器１から送出されて、後置のコリメータ機器２により平行にされた電磁波ビームＬ１が、先ずは目盛支持体３の構造化された領域３０の外側、即ち、目盛構造３０ａ，３０ｂの外側を通り抜けている。

それに対して、目盛構造３０ａ，３０ｂが、その全幅、即ち、図２の形態では、その半径方向の広がり全体で、偏向部品４によって方向転換されるとともに、それによって拡大された電磁波ビームＬ２を捕捉しており、その結果、目盛構造３０ａ，３０ｂは、位置測定（角度測定）のために、送信器１が発生した電磁波によって、完全にかつ充分な許容範囲を持つ形で走査されることとなる。

図３は、図１の位置測定システムの偏向部品４を変化させた実施構成を図示している。この場合、図３の偏向部品４と図１の偏向部品の間の主な相違点は、図３では、図１の（放物線状に）湾曲した面に代わって、偏向部品４の偏向・拡大領域４３，４５として、回折光学素子が配備されていることである。ここでは、偏向・拡大領域４３，４５の役割を果たす回折光学素子は、図１の湾曲した面４２，４６と同様に、電磁波を反射する形に構成されている。

回折光学素子の形の第一の偏向・拡大領域４３を用いて、当初の平行な電磁波ビームＬ１の所定通りの拡大を実現可能とするために、その回折光学素子の格子定数を変化させており、第一の偏向・拡大領域４３の第二の偏向・拡大領域４５と逆側の一方の端部から、第二の偏向・拡大領域４５の方を向いた他方の端部にまで連続的に低下させている。この場合、充分に大きな偏向角及び電磁波の充分な拡大を実現するためには、非常に小さい局所的な回折構造が必要であり、その（位置に依存した局所的な格子定数を規定する）特徴的な広がりは、走査する電磁波（光）の波長と同じ桁の大きさである。言い換えると、その回折構造の大きさは、第一の偏向・拡大領域４３を構成する回折光学素子の一方の端部から他方の端部に向かって連続的に低下して行く特徴を有する。

この場合、第一の偏向・拡大領域４３は、実施例の第二の偏向・拡大領域４５と同様に、電磁波が偏向部品４内に入射して来る、目盛支持体の方を向いた表面４０と対向する偏向部品４の表面に配置されている。従って、偏向すべき電磁波は、目盛支持体の方を向いた表面４０の裏側４４で反射されることによって、第一の偏向・拡大領域４３から第二の偏向・拡大領域４５に到達する。

この第二の偏向・拡大領域４５も、局所的な回折構造の大きさ（即ち、位置に依存した局所的な格子定数）が一方の端部から他方の端部に向かって変化する、詳しくは、第一の偏向・拡大領域４３の方を向いた端部からそれと逆側の端部にまで連続的に低下して行く回折光学素子によって構成されている。そうすることによって、第二の偏向・拡大領域４５を用いて、第一の偏向・拡大領域４３との相互作用後に発散した電磁波ビームを、再び、偏向部品４から出て、偏向部品と隣接して配置された目盛支持体３を走査する平行な電磁波ビームＬ２に変換することができる。

この場合、局所的な格子定数の位置依存性（又は言い換えると各格子の局所的な空間周波数）は、それぞれ与えられた電磁波ビームの幾何学形状、例えば、送信器１から送出されて、平行にされた電磁波ビームと偏向部品４によって目盛支持体３の方向に方向転換された電磁波ビームの間の所望の中心間の間隔及び前述した二つの電磁波ビームの所望の拡大比率に応じて決定、規定される。

この場合、回折光学素子に関して、特に、電磁波の強度がそれぞれ使用する回折次数で最大となり、使用しない回折次数で最小となる所謂ブレーズ構造を使用することができる。そのようなブレーズ構造は、例えば、回折光学素子における傾斜した非対称な面区画によって構成することができる。

既に図２にもとづき説明した通り、目盛支持体３では、偏向部品４によって方向転換された電磁波を用いて、それぞれ延びている方向（測定方向）と垂直な向きに対して互いに間隔を開けて並んで置かれた二つ以上の目盛構造３０ａ，３０ｂを通常走査する。図２の目盛支持体の場合、例えば、二つの目盛構造３０ａ，３０ｂが、それぞれ円環状に延びており、それに対応して、半径方向に対して並んで配置されるとともに、その方向に沿って互いに僅かな間隔を開けている。

電磁波ビームを用いて、互いに並んで配置された目盛構造を走査する場合、目盛支持体３の所定の領域、特に、隣接する目盛構造の間の中間領域を照射しないことが有利な場合が有り、その理由は、そうしない場合、目盛境界での回折によって散乱光が発生して、位置測定時に生成された信号を乱す可能性が有るからである。

とりわけ、受信器５の所定の領域、特に、それぞれ走査すべき目盛構造の中の一つに対応する互いに並んで配置された検出器素子の間の中間領域を照射しないことが有利な場合も有り、その理由は、そうしない場合、当該の電磁波成分によって、受信器５に電荷が発生して、位置測定時に生成される信号のオフセット（隣接する検出器素子間の所謂「クロストーク」）を大きくする可能性が有るからである。

走査に使用する電磁波を用いた照射対象から目盛支持体３又は受信器５の所定の領域を設計通り除外することができるように、図４の通り、偏向部品４は、それぞれ互いに斜めに配置された複数の反射性の平面素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ又は４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄから成る二つの偏向領域４２’，４６’を有する。そうすることによって、例えば、入射して来た平行な電磁波ビームＬ１が第一の偏向領域４２’で反射された後、その電磁波が第二の偏向領域４６’の相応に傾斜した部分平面４６ｃを照射しないようにすることができる。そうすることによって、その第二の偏向領域４６’の部分平面４６ｃが、偏向部品４から出射して来た電磁波ビームＬ２内に、電磁波が存在しないホールＵ（電磁波ビームＬ２の電磁波の無い部分領域）を作り出すこととなる。

そのため、偏向領域４２’，４６’の構造を好適に選択することによって、偏向部品４によって方向転換された電磁波ビームＬ２内に電磁波の無い部分領域を設計通り発生させて、目盛支持体３／受信器５の所定の領域を照射対象から除外することができる。

この場合、図４の実施例では、二つの偏向領域４２’，４６’が、純粋な偏向領域として構成されている、即ち、拡大機能を持っていない。当然のことながら、例えば、当該の偏向領域に、図１に図示されている通り、放物線状の基本構造を持たせることによって、図４に図示されている反射性の偏向領域４２’，４６’に拡大機能を組み込むことも可能である。

更に、偏向部品４の偏向領域を好適に構成することによって、少なくとも一つの目盛構造を走査するために使用する電磁波ビームの横断面を走査すべき目盛構造の形状に設計通り合わせることができる。図２に図示されている形式の目盛構造を走査するためには、例えば、横断面が一つの円区画で構成された電磁波ビームが本発明の目的に適っている。

更に、偏向部品４の偏向領域を好適に構成することによって、偏向部品４から出射して来た電磁波の強度分布を制御することが可能である。即ち、例えば、目盛支持体の走査すべき領域において出来る限り一定な強度分布を実現することができる。

図５は、図１の偏向部品４の別の変化形態の模式的な簡略図を図示している。そこでは、偏向部品４は、入射レンズとして機能する湾曲した（この実施例では、凹面状に湾曲した）入射領域１４２を有し、そこを通って、送信器１から送出されて、次に平行にされた電磁波ビームＬ１が、偏向部品４に入って来て、更に、電磁波は、出射レンズとして機能する湾曲した（この実施例では、凸面状に湾曲した）出射領域１４６を通って、再び平行な電磁波ビームＬ２として偏向部品４から出て行く。

この場合、入射領域１４２は、入射して来る平行な電磁波ビームＬ１から、発散した電磁波ビームを生成しており、その電磁波ビームは、出射領域１４６を通過する際に再び平行にされるが、横断面が相応に拡大されている。この場合、入射領域１４２と出射領域１４６のそれぞれの（凹面又は凸面の）湾曲形式及びその空間的な配置構成、より正確には幾何学的な構成は、特に、偏向部品４の全体的な幾何学形状及び電磁波の横断面に関する所望の拡大率に依存する。

湾曲した入射領域１４２と出射領域１４６の間には、互いに傾斜した二つの反射面１４４ａ，１４４ｂが配置されており、それらの平面で、入射領域１４２を通過した後の発散した電磁波が、一回ずつ反射されてから、出射領域１４６を通って、再び偏向部品４から出て行く。この場合、反射面１４４ａ，１４４ｂは、偏向部品４の相応の面区画上に反射特性のコーティングを施すことによって実現することができる。

そのため、図５の実施例では、偏向部品４は、一方の側に電磁波を拡大するためのレンズとして機能する領域１４２，１４６を備え、他方の側に電磁波を方向転換するための反射領域（反射面１４４ａ，１４４ｂ）を備えている。従って、一方の電磁波を「拡大」する機能と他方の電磁波を「方向転換」する機能は、別個に実現することが可能であるが、反射面１４４ａ，１４４ｂは、それらの配置構成のために電磁波ビームの拡大にも充分に寄与することができる。更に、ここでは、「透過方式で投射する素子」を備えたシステムである。

ここに提案した位置測定装置の実施例では、それぞれ（ガラス又はプラスチックから成る）一体形の本体部分を有する単一部分から成る偏向部品４が配備されている。それは、位置測定装置の有利な実施形態に対応するが、例えば、二つの偏向・拡大領域４２，４６又は４３，４５又は１４２，１４３；１４５，１４６の各々をそれぞれ（ガラス又はプラスチックから成る）独自の本体部分に組み込むことによって、偏向部品を複数の部分から実現することもできる。その場合、偏向・拡大領域４２，４６又は４３，４５又は１４２，１４３；１４５，１４６の各々は、別個の独自の本体部分内に配置される。更に、反射面４４は、偏向部品の（少なくとも一つの）本体部分の外に配置することもできる。偏向部品４の更に別の実施形態も、それが方向転換機能と場合によっては拡大機能をも果たす限り実現可能である。

１ 送信器
２ コリメータ機器
３ 目盛支持体
４ 偏向部品
５ 受信器
２２ 絞り
２４ コリメータレンズ
２６ 絞り
３０ 構造化された領域
３０ａ，３０ｂ 目盛構造
３１ 第一の表面
３２ 第二の表面
４０ 目盛支持体３の方を向いた表面
４２ 第一の偏向・拡大領域
４２’ 反射性の偏向領域
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ 反射性の平面素子
４３ 第一の偏向・拡大領域
４４ 目盛支持体３の方を向いた表面４０の裏側
４５ 第二の偏向・拡大領域
４６ 第二の偏向・拡大領域
４６’ 反射性の偏向領域
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ 反射性の平面素子
１４２ 入射領域
１４４ａ，１４４ｂ 反射面
１４６ 出射領域
Ｅ 平面
Ｌ 電磁波
Ｌ１ 電磁波ビーム
Ｌ２ 電磁波ビーム
Ｒ１ 空間領域
Ｒ２ 空間領域
Ｕ 電磁波が存在しないホール

Claims (20)

1. ・第一の空間領域（Ｒ１）の方を向いた第一の表面（３１）とその表面と逆側の第二の空間領域（Ｒ２）の方を向いた第二の表面（３２）とを有する目盛支持体（３）と、
   ・目盛支持体（３）に設けられた、位置測定のために電磁波（Ｌ）を用いて透過方式で走査することが可能な少なくとも一つの目盛構造（３０ａ，３０ｂ）と、
   ・第一の空間領域（Ｒ１）内に配置された、位置測定のために目盛構造（３０ａ，３０ｂ）と相互作用する電磁波（Ｌ）を送出する送信器（１）と、
   ・同じく第一の空間領域（Ｒ１）内に配置された、送信器（１）から送出された電磁波（Ｌ）を目盛構造（３０ａ，３０ｂ）との相互作用後に受信する受信器（５）と、
   ・第二の空間領域（Ｒ２）内に配置された、送信器（１）及び受信器（５）の逆側の目盛支持体（３）の第二の表面（３２）の前に有る、方向転換された電磁波（Ｌ２）が受信器（５）に当たるように、位置測定の際に送信器（１）から送出された電磁波（Ｌ）を方向転換する偏向部品（４）と、
   を備えた位置測定装置において、
   送信器（１）には、送信器（１）から送出された電磁波を平行な電磁波ビーム（Ｌ１）とするために、送信器（１）から送出された電磁波（Ｌ）をコリメートする機器（２）が対置されていることを特徴とする位置測定装置。
2. 目盛構造（３０ａ，３０ｂ）が、第一と第二の空間領域（Ｒ１，Ｒ２）の間に有る平面（Ｅ）内を延びていることと、
   送信器（１）と受信器（５）が、平面（Ｅ）に対して同じ側の第一の空間領域内に配置されるとともに、偏向部品（４）が、平面（Ｅ）に対して送信器（１）及び受信器（５）の逆側の第二の空間領域（Ｒ２）内に配置されていることと、
   を特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
3. 目盛支持体（３）は、送信器（１）から送出された電磁波ビーム（Ｌ１）が目盛支持体（３）を通り抜けてから、偏向部品（４）に当たるように、送信器（１）と偏向部品（４）の間に置かれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定装置。
4. 送信器（１）から送出された電磁波ビーム（Ｌ１）が、少なくとも一つの目盛構造（３０ａ，３０ｂ）の近傍に有る目盛支持体（３）の領域を通り抜けて行くことを特徴とする請求項３に記載の位置測定装置。
5. 偏向部品（４）は、方向転換後の電磁波（Ｌ）が目盛支持体（３）を通過する際に目盛構造（３０ａ，３０ｂ）と相互作用してから受信器（５）に当たるように、位置測定の際に、送信器（１）から送出された電磁波（Ｌ）を目盛構造（３０ａ，３０ｂ）と相互作用する前に方向転換させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
6. 偏向部品（４）には、方向転換された電磁波ビーム（Ｌ１）を拡大する機器（４２，４６；４３，４５；１４２，１４６）が設けられており、そのため、偏向部品（４）によって目盛構造（３０ａ，３０ｂ）の方に方向転換された電磁波ビーム（Ｌ２）が、送信器（１）から偏向部品（４）の方向に送出された電磁波ビーム（Ｌ１）よりも大きな横断面を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
7. 電磁波ビーム（Ｌ１）を拡大する機器（４２，４６；４３，４５；１４２，１４６）が、電磁波ビーム（Ｌ１）と相互作用して電磁波ビーム（Ｌ１）を拡大させる少なくとも一つの拡大領域（４２，４３，４５，４６）を有することを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
8. 少なくとも二つの拡大領域（４２，４６；４３，４５；１４２，１４６）が配備されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定装置。
9. 各拡大領域（４２，４３，４５，４６）が、反射する形態で構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の位置測定装置。
10. 各拡大領域（１４２，１４６）が、使用する電磁波を透過する形態で構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の位置測定装置。
11. 当該の少なくとも一つの拡大領域（４２，４６；１４２，１４６）が、湾曲した面によって構成されていることを特徴とする請求項７から１０までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
12. 当該の少なくとも一つの拡大領域（４２，４６）が、放物線状に湾曲した面によって構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の位置測定装置。
13. 当該の少なくとも一つの拡大領域（１４２，１４６）が、レンズを形成する面によって構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の位置測定装置。
14. 当該の少なくとも一つの拡大領域（４３，４５）が、回折光学素子によって構成されていることを特徴とする請求項７から９までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
15. 当該の回折光学素子が、位置に依存した局所的な格子定数を有し、そのため、回折光学素子の局所的な回折構造の大きさが、位置に依存することを特徴とする請求項１４に記載の位置測定装置。
16. 偏向部品（４）において、少なくとも一つの反射面（４４；１４４ａ，１４４ｂ）は、方向転換すべき電磁波ビーム（Ｌ１）が第一の拡大領域（４２，４３，１４２）との相互作用後に、その反射面（４４；１４４ａ，１４４ｂ）で反射されて、第二の拡大領域（４５，４６，１４６）に当たるように、二つの拡大領域（４２，４６；４３，４５；１４２，１４６）の間に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置測定装置。
17. 偏向部品（４）は、送信器（１）から入射して来た電磁波ビーム（Ｌ１）を方向転換して、方向転換後の電磁波を更に平行な電磁波ビーム（Ｌ２）に構成することを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
18. 第一の拡大領域（４２，４３，１４２）が、送信器（１）から入射して来た電磁波ビーム（Ｌ１）から発散した電磁波ビームを生成し、第二の拡大領域（４５，４６，１４６）が、その発散した電磁波ビームを再び平行にすることを特徴とする請求項８から１７までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
19. 当該の少なくとも一つの拡大領域（４２，４３；４５，４６）が、送信器（１）から入射して来た電磁波ビーム（Ｌ１）を少なくとも一つの目盛構造（３０ａ，３０ｂ）の方向に方向転換するためにも配備されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定装置。
20. 方向転換すべき電磁波と相互作用する、偏向部品（４）の少なくとも一つの平面（４２’，４６’）は、偏向部品（４）によって目盛構造（３０ａ，３０ｂ）の方向に方向転換された電磁波ビーム（Ｌ２）が、その内部に少なくとも一つの電磁波の無い部分領域（Ｕ）を有するように構造化されていることを特徴とする請求項１から１９までのいずれか一つに記載の位置測定装置。

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