JP4794119B2 - 光学位置測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の光学位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許第０ ５４８ ８４８号明細書の図４ａから、この種による光学位置測定装置が公知であり、この位置測定装置は、スケール並びにこのスケールに対して相対的に運動可能な走査ユニットから成る。走査ユニットの側には、摺動することに依存した走査信号を発生させるための信号発生手段が配設されている。信号発生手段は、特に、光源、走査グリッド、複数の光電検出要素、並びに光束の伝播方向に所定の影響を与えるためのミラーの形をした転向要素を有する。光源、検出要素、並びにミラーは、共に担体ケース内に配設されており、この担体ケースは、運動可能に支承されており、かつ調整ネジの形をした調整手段を手段として立体的に調整可能である。従って、調整ネジを介して、ミラーによって走査グリッドの方向に転向される走査光路内の光束は、走査グリッドもしくはスケールに関して修正されるように位置調整することができる。しかしながら、提案された走査ユニットの側の光束の調整部の欠点として、このためには比較的費用のかかるメカニズムが必要であるということを挙げることができる。更に、提案された転向要素の調整をするための変形例は、他の任意の走査装置に転用することができないということが加わる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、走査光路内の光束の正確で立体的な位置調整もしくは転向をするための柔軟で簡単な可能性を備えている光学位置測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１を特徴付ける特徴を有する光学位置測定装置によって解決される。
【０００５】
本発明による光学位置測定装置の有利な実施形は、請求項１に従属する特許請求項内で述べられている構成から明らかである。
【０００６】
今や本発明によれば、調整手段が、この調整手段の上で、少なくとも１つの転向要素の単独の立体的な位置調整が、走査ユニット内の別の光学要素に依存せずに可能であるように形成される。この様式で、更にまた位置測定装置の走査ユニット内での光束の柔軟な転向も可能にする調整手段の特に簡単な形成が可能であり、それぞれの走査ユニット内の立体的な状況に適合可能である。
【０００７】
適当な調整工具により、転向要素は正確に調整することができ、従って、ぶつかる光束は、所望の空間方向へと転向される。この場合、走査ユニット内では、当然、例えば、光源から放出された光束のためにも、また検出要素の方向に伝播する光束のためにも、本発明により形成された複数の転向要素もしくは調整手段を設けることができる。それぞれの光束は、互いに依存せずに、走査ユニット内の別の光学要素に関してもしくはスケールに関して、位置調整に関する相応の要求に応じて調整することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる利点並びに詳細は、添付した図を基にした実施例の以下の説明から分かる。
【０００９】
図１には、立体図に、本発明による光学位置測定装置の実施例の一部分が図示されている。光学位置測定装置は、本質的に、−図示されてない−測定目盛りを有する線状のスケール２０、並びにこのスケールに対して相対的に測定方向ｘに摺動可能な走査ユニット１０を有する。走査ユニット１０及び設けられた信号発生手段により、測定方向ｘに走査ユニット１０を相対的に摺動させた場合に、スケール２０の測定目盛りは走査され、位置に依存した走査信号を発生させる。この様式で発生させられた走査信号は、後続の−図示されてない−従属電子機器において更に処理される。従って、本発明による光学位置測定装置を介して、互いに測定方向ｘに運動可能な２つの対象の相対位置の正確な検出が可能であり、これらの対象の内の一方は、走査ユニット１０と結合されており、対象の他方は、スケール２０と結合されている。当然、以下で説明する構成は、回転における相対運動を検出する位置測定装置においても使用することができる。
【００１０】
走査ユニット１０のケース１１内には、図示した例にあっては、種々の信号発生手段の一部分が配設されているに過ぎず、これらの信号発生手段は、位置に依存した走査信号を発生させるために利用される。走査ユニット１０内を伝播する種々の光束１２ａ，１２ｂ，１２ｃの光線伝播方向に適切な影響を与えるために使用される調整手段を含めた以下で更に詳細に説明すべき４つの転向要素以外には、更に尚複数の−図示されてない−走査グリッド及び光線を案内するための別の光学要素等が、走査ユニット１０の側に設けられており、これには、この例では、特に再帰反射を行なう転向プリズムが属する。走査ユニット１０のケース１１の外側には、適当な光源が配設されており、この光源の光線は、光伝導ファイバ１５を介して走査ユニット１０に供給される。更に立体的に走査ユニット１０から分離されて、複数の−同様に図示されてない−光電検出要素が設置されており、これらの検出要素は、摺動することに依存した走査信号を発生させるために使用され、ケーブル束１６内の複数の光伝導ファイバを介して、検出すべき光束は、この検出要素に供給される。
【００１１】
この実施例で使用される走査光路には、この場で詳細に触れるのではなく、本出願人の国際特許出願ＷＯ ０２／２３１３１号を参照するようにだけ指摘しておく。基本的に、以下で更に詳細に説明する構成は、当然、種々の光学走査原理もしくは相応の走査ユニット内の走査光路と関連して使用することができる。
【００１２】
所望の走査光路をコンパクトに構成された走査ユニット１０内で実現するために、走査ユニット１０のケース１１内では、そこを伝播する光束１２ａ，１２ｂ，１２ｃを種々に転向することが必要であり、具体的な例にあっては、進入する光束の２度の９０°の転向、及び進出する光束の２度の９０°の転向である。これに関連して、補足的に、図１からの走査ユニット１０の切取り部分を拡大図に示す図２における立体図を参照するよう指摘しておく。認めることができるように、走査ユニット１０内へと進入する光源から来る光束１２ａは、ミラー１４．１として形成された第１の転向要素において、入射方向に対して相対的に９０°だけ第１の水平方向の転向を受け、第２の転向要素もしくはミラー１４．２においては、既に上で述べた今や識別可能な転向プリズム１７もしくはスケール２０の方向に９０°だけ第１の垂直方向の転向が行なわれる。第３のミラー１４．３を介して、スケール２０の方向から来る光束は、更にまた９０°だけ垂直方向に転向され、次いで第４のミラー１４．４に入り、このミラーによってその伝播方向が新たに９０°だけ水平方向に転向され、上で説明したような光束１２ｂとしてケーブル束１６内の種々の光伝導ファイバを介して検出要素に供給される。
【００１３】
従って、この例にあっては、ミラー１４．１〜１４．４として形成された転向要素を介して、ミラー１４．１〜１４．４にぶつかる光束のそれぞれの入射方向に関してそれぞれ９０°だけ全部で４つの転向工程が結果として生じる。この場合、設けられた走査光路に応じて、選択的に形成された走査ユニットにおいて、当然、転向工程の数も、またそれぞれの転向方向も変更することができる。
【００１４】
走査ユニット内を伝播する種々の光束１２ａ，１２ｃを、信号を発生させるために必要な他の光学要素に関して−例えば転向プリズム１７の方向にのように−位置調整するために、本発明により形成されたミラー１４．１〜１４．４もしくは転向要素のための調整手段が走査ユニット１０内に設けられている。この場合、この実施例にあっては、それぞれシリンダ状に形成された担持要素１３．１〜１３．４が調整手段として機能する。調整手段の詳細な説明については、これに関連して、図３ａ及び３ｂも参照するよう指摘しておく。これらの図は、それぞれ第１のミラー１４．１と関連した第１の担持要素１３．１の側面図を示し、図１及び２では走査ユニット１０内に配設されている担持要素１３．２，１３．３，１３．４及びミラー１４．２，１４．３，１４．４から成る別の３つのシステムは、基本的にこれと同一に形成されている。
【００１５】
図３ａ及び３ｂに図示された担持要素１３．１は、本質的にシリンダ状に形成されており、長手方向の端部に傾斜部を備える。この傾斜部上には、ぴったりとミラー１４．１が配設されており、特に接着されている。この場合、この変形例にあっては、ミラー１４．１は、その反射面が外を向くように傾斜部に配設されている。この例で必要な入射する光束１２ａの９０°の転向を保証するため、担持要素１３．１の長手方向の端部における傾斜部は、シリンダジャケットに対する垂線に対して４５°の角度で配設されており、場合によっては必要な他の転向角度の場合は、傾斜部の角度も変更することができる。
【００１６】
同様に図３ａ及び３ｂから認められるように、傾斜部の下の境界面に、当接縁部の形をした当接面１８．１が設けられており、この当接面に、ミラー１４．１が確実に隣接する。当接面１８．１は、担持要素１３．１の傾斜部上のミラー１４．１の位置調整を容易にするために使用される。
【００１７】
担持要素１３．１は、傾斜部の下の領域内に空所１９．１ａ，１９．１ｂを備え、これらの空所内へと、適当な調整工具を係合することができる。この例にあっては、空所は、それぞれ１つの一貫した円形の孔であり、これらは、互いに９０°の角度に方向設定されている。従って、シリンダの周囲にわたって４つのこの様式の空所が存在する。担持要素１３．１〜１３．４のための材料としては、例えばステンレス鋼を使用することができる。
【００１８】
更に、シリンダ状の担持要素１３．１は、シリンダの周囲の周りに延在する別の当接縁部２１を備え、この当接縁部は、担持要素の長手方向軸Ｌの方向に担持要素１３．１を摺動させる場合に、ミラー１４．１の損傷を回避する。
【００１９】
使用されるミラー１４．１〜１４．４を考慮して、特に、転向された光束に関して僅かな位相のズレしか転向された光束内に生じさせないミラー１４．１〜１４．４が使用されることを述べることができる。更に、説明した例にあっては、使用される走査原理の状況に基づいて、行なわれた２度の転向によっても、転向された光束がその偏光状態を維持すること、即ち、この場合、転向によっても、それぞれ直線的に偏光された光が存在することを保証することができる。使用されるミラーを考慮して、これは、ミラーが、ｐ偏光された光を反射する際にも、またｓ偏光された光を反射する際にも、できるだけ同じ反射率を備え、できるだけ同じ位相の遅延を生じさせるべきであることを意味する。更にまたこれから、両方の場合で、それぞれのミラー表面へのほぼ同じ侵入深さが結果として生じる。従って、特に、この例にあっては誘電ミラーが使用され、これらのミラーは、ｐ偏光された光を反射する際にも、ｓ偏光された光を反射する際にも、著しい透過もしくは吸収を示さない。しかしながらまた、選択的に、他のミラーも使用することができる。これらのミラーは、例えば金属ミラー等のように、それぞれの偏光状態を維持し、これは、最終的に、この例で行なわれた２重の９０°の転向に基づいて可能である。
【００２０】
図１において、ミラー１４．３もしくは担持要素１３．３に付設された矢印によって図示されるべきであるように、走査ユニット１０のケース１１内の全ての担持要素１３．１〜１３．４は、それぞれの担持要素の長手方向軸Ｌを中心としても、またこの長手方向軸に沿っても、運動可能に支承されている。これは、調整を行なう目的に対して、一方では、担持要素の長手方向軸Ｌに沿ってそれぞれの担持要素１３．１〜１３．４を摺動させることも、同様に、担持要素の長手方向軸Ｌを中心として回転させることも可能であることを意味する。正確な最終調整は、最終的に適当な調整工具、例えばアーバ又は細いピンによって行なわれ、これは、この目的のために、それぞれの担持要素１３．１〜１３．４の上で述べた空所内へと係合する。従って、説明した本発明による構成を介して、ミラー１４．１〜１４．４だけの単独の立体的な調整が可能であり、即ち、走査ユニット１０の側の別の信号発生手段が、同様にその立体的な位置に保管されることはない。
【００２１】
担持要素の長手方向軸Ｌを中心として、もしくはこの担持要素の長手方向軸Ｌに沿って運動可能な支承を示す前記矢印は、図１では、明瞭化の理由から、担持要素１３．３と関連して図示されているに過ぎず、当然、この例では、全ての担持要素１３．１〜１３．４が、この様式の運動可能な支承部を走査ユニット１０のケース１１内に備える。
【００２２】
図２から明らかなように、両方の担持要素１３．１，１３．４は、走査ユニット１０のケース１１の半円形の切欠き部内に載置されており、その内部で、それぞれの担持要素の長手方向軸Ｌを中心としても、またこの担持要素の長手方向軸Ｌに沿っても、運動することができる。行なわれた調整の後、担持要素１３．１，１３．４は、所望の立体的な位置に適当なロック手段を介してロックされる。これは、この例では、相手部材１９．１，１９．４を手段として周囲を挟むことによって行なわれ、この相手部材は、担持要素１３．１，１３．４の上でケース１０に配設されており、スリットの入ったケース内の支承箇所によって形成され、ネジ２０．２によって固定可能である。
【００２３】
他の両方の担持要素１３．２，１３．３も、図２には図示されていない適当なロック手段を介して、所望の位置に固定可能である。この場合、ロック手段としては、種々の挟み機構等が考慮に値する。
【００２４】
その上に転向要素もしくはミラーが配設されている担持要素の選択的な形態を、図４を基にして説明する。その際、上で説明した変形例に対する相違点だけに触れることとする。この実施形にあっては、今や担持要素３３が設けられており、この担持要素は、更にまた確かにシリンダ状に形成されており、しかしながら内部が中空に形成されているか、もしくはシリンダ状の中空体として形成されている。従って、転向すべき光束３２の光路は、シリンダ状の中空体の内部を走る。この変形例に相応に、光線を転向するために必要なミラー３４は、その反射面がシリンダ中空空間の方向となるように方向設定しなければならない。担持要素３３の更なる形態に関しては、上で述べたことを参照するよう指摘しておく。
【００２５】
別の−図示されてない−本発明の実施例にあっては、それぞれの転向要素は、運動可能に支承された担持要素に統合することができ、従って、担持要素の面は、転向要素として機能し、運動可能に支承された担持要素は、調整手段として使用される。加えて、上の例と類似して、担持要素はシリンダ状に形成することができ、少なくとも一方の長手方向の端部に傾斜部を備え、その際、この傾斜部は、直接転向要素として機能する。例えば、この場合、担持要素は、ガラスから成り、傾斜部は、十分な反射率を保証するために、適度に磨かれていても、又はコーティングされていても良い。更にまた選択的に、これに反して、十分な反射特性を備えている等の適当な金属を使用することもできる。
【００２６】
別の−同様に図示されてない−実施変形例にあっては、担持要素は、選択的な空所を備え、この空所内へと、正確な位置調整をするための適当な調整工具が係合する。従って、例えば担持要素の下面では、担持要素の内面に内ネジを有する円形の陥没部を設けることができ、この陥没部内に、相応の相手テーパを有する調整工具が固定される。従って、調整工具は、担持要素の回転軸もしくは長手方向軸の延長部内で作用し、上の例でのように、回転軸に対して垂直に作用しない。
【００２７】
説明した変形例以外に、本発明の枠内には、当然、更に別の選択的な形態の可能性も存在する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、走査光路内の光束の正確で立体的な位置調整もしくは転向をするための柔軟で簡単な可能性を備えている光学位置測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光学位置測定装置の実施例の部分走査光路の概略図を示す。
【図２】 図１からの走査ユニットの部分図を示す。
【図３ａ】 調整手段と関連した転向要素の実施形の部分図を示す。
【図３ｂ】 調整手段と関連した転向要素の実施形の部分図を示す。
【図４】 調整手段と関連した転向要素の別の実施形の立体図を示す。
【符号の説明】
１０ 走査ユニット
１１ ケース
１２ａ〜１２ｃ 光束
１３．１〜１３．４ 担持要素
１４．１〜１４．４ ミラー
１５ 光伝導ファイバ
１６ ケーブル束
１７ 転向プリズム
１８．１ 当接面
１９．１ａ，１９．１ｂ 空所
１９．１，１９．４ 相手部材
２０ スケール
２０．２ ネジ
２１ 当接縁部
３２ 光束
３３ 担持要素
３４ ミラー
ｘ 測定方向
Ｌ 担持要素の長手方向軸

Claims (12)

1. ２つの対象の相対位置を測定するための光学位置測定装置であって、この位置測定装置が、スケールとこのスケールに対して相対的に運動可能な走査ユニットから成り、走査ユニットが、位置に依存した走査信号を発生させるための信号発生手段を有し、この信号発生手段が、光学要素として光源、走査グリッド、複数の光電検出要素、並びに光束の伝播方向に所定の影響を与えるための少なくとも１つの転向要素を有し、走査ユニットの側に、転向要素を立体的に調整するための調整手段が配設されている位置測定装置において、
   調整手段が、この調整手段の上で、少なくとも１つの転向要素の立体的な位置調整が、走査ユニット内の別の光学要素に依存せずに可能であるように形成されていること、
   転向要素が、ミラー（１４．１〜１４．４；３４）として形成されており、かつ運動可能に支承された担持要素（１３．１〜１３．４；３３）上に配設されており、運動可能に支承された担持要素（１３．１〜１３．４；３３）が、調整手段として使用されること、
   ミラーが、ｐ偏光された光を反射する際にも、ｓ偏光された光を反射する際にも、同じ反射率を備えるように形成されていることを特徴とする位置測定装置。
2. 担持要素（１３．１〜１３．４；３３）が、シリンダ状に形成されており、かつ少なくとも一方の長手方向の端部に傾斜部を備え、この傾斜部上に、ミラー（１４．１〜１４．４；３４）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
3. 傾斜部が、境界面に、ミラー（１４．１）のための当接面（１８．１）を備えることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
4. 担持要素（１３．１〜１３．４；３３）が、担持要素の長手方向軸（Ｌ）を中心として運動可能に走査ユニット（１０）内に支承されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
5. 担持要素（１３．１〜１３．４；３３）が、担持要素の長手方向軸（Ｌ）に沿って運動可能に走査ユニット（１０）内に支承されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
6. 担持要素（１３．１〜１３．４；３３）が、調整工具を係合させるための１つ又は複数の空所（１９．１ａ，１９．１ｂ）を有することを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
7. ミラー（１４．１〜１４．４；３４）が、傾斜部上に接着されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
8. ミラー（１４．１〜１４．４）が、その反射面が外を向くように傾斜部上に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
9. 担持要素（３３）が中空であり、ミラー（３４）が、その反射面がシリンダ中空空間の方向を向くように傾斜部上に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
10. 担持要素（１３．１〜１３．４；３３）に、ロック手段が付設されており、これらのロック手段が、運動可能に支承された担持要素（１３．１〜１３．４；３３）の所定の位置での固定を可能にすることを特徴とする請求項４又は５に記載の位置測定装置。
11. 転向要素が、運動可能に支承された担持要素に統合されており、これにより、担持要素の面が転向要素として機能し、運動可能に支承された担持要素が、調整要素として使用されることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
12. 担持要素が、シリンダ状に形成されており、かつ少なくとも一方の長手方向の端部に傾斜部を備え、この傾斜部が転向要素として機能することを特徴とする請求項１１に記載の位置測定装置。

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