KR20110118098A

KR20110118098A - 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝함으로써 위치를 결정하는 장치, 및 서로에 대해 이동 가능한 바디를 포함하고 위치 결정 장치를 포함하는 가이드 시스템

Info

Publication number: KR20110118098A
Application number: KR1020110037505A
Authority: KR
Inventors: 에른스트 미쉴러; 에디스 이너호퍼; 로저 레만; 클라우스 어반
Original assignee: 쉬니베르거 홀딩 아게
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2011-10-28
Also published as: TW201144772A; JP2011227084A; CN102252609A; EP2381222A1

Abstract

위치 결정 장치(5)는, 위치를 표시하기 위한 적어도 하나의 마커(11, 12)를 포함하는 측정 눈금(10), 및 상기 측정 눈금(10)에 대해 이동될 수 있고 상기 측정 눈금(10)을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드(21)를 포함한다. 상기 측정 헤드(21)는, 상기 측정 눈금(10)의 이미지를 생성하기 위한 텔레센트릭 광학 시스템(30), 및 상기 측정 눈금(10)의 이미지를 캡처하고 신호를 제공하기 위한 센서(40)를 포함하고, 상기 신호는 상기 측정 눈금(10)에 대한 상기 측정 헤드(21)의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)은, 상기 측정 눈금(10)에 일정 거리로 배치되고 광학 축(34)을 포함하는 제1 렌즈 요소(33), 및 상기 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하고, 상기 제1 렌즈 요소(33)의 일 측면 상의 상기 제1 렌즈 요소(33)의 초점(F1)에 배치되는 조리개(35)를 포함한다. 상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)은 블록(31)을 포함하고, 상기 제1 렌즈 요소(33)는 상기 블록(31)의 일체형 구성이고, 상기 블록(31)의 표면(32)의 제1 영역(32.1)이 상기 제1 렌즈 요소(33)의 표면을 형성하고, 상기 조리개는, 상기 블록(31)의 상기 표면(32)의 제2 영역(32.2)에서 구현되고 상기 제1 렌즈 요소(33)의 상기 광학 축(34)에 대해 (

< 90°) 경사진 제1 거울면(35)의 형태로 실현된다.

Description

측정 눈금을 광학적으로 스캐닝함으로써 위치를 결정하는 장치, 및 서로에 대해 이동 가능한 바디를 포함하고 위치 결정 장치를 포함하는 가이드 시스템{DEVICE FOR DETERMINING A POSITION BY MEANS OF OPTICALLY SCANNING A MEASURING SCALE AND GUIDE SYSTEM COMPRISING BODIES, WHICH CAN BE MOVED RELATIVE TO ONE ANOTHER, AND COMPRISING A DEVICE FOR DETERMINING A POSITION}

본 발명은 측정 눈금 및 측정 눈금에 대해 이동될 수 있고 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드에 의해서 위치를 결정하는 장치에 관한 것이고, 제1 바디 및 제1 바디에 대해 이동될 수 있고 제1 바디 상에 가이드 되는 제2 바디를 포함하고, 위치 결정 장치를 포함하는 가이드 시스템에 관한 것이다.

예를 들면, 측정 눈금 및 측정 눈금에 대해 이동될 수 있고 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드를 포함하는 위치 결정 장치가 공지되고, 측정 눈금은 위치를 표시하기 위한 하나 이상의 마커를 포함하고, 측정 헤드는 측정 눈금의 이미지를 생성하기 위한 광학 시스템, 및 측정 눈금의 이미지를 캡처하고 신호를 제공하기 위한 센서를 포함하고, 상기 신호는 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.

각각의 측정 눈금이 구현된 방법에 따라서, 이러한 장치가 예를 들면, 최초 위치에 대한 측정 헤드의 위치의 상대적인 변화를 측정하기 위하여 또는 측정 헤드의 절대적 위치를 기록하기 위하여 사용될 수 있다.

이러한 장치가 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 위치의 상대적인 변화를 측정할 수 있기 위하여, 각각의 측정 눈금은 예를 들면 증분 눈금(incremental scale)으로써 구현될 수 있고, 따라서 주기적으로 미리 정해진 라인("트랙(track)")을 따라 동일한 거리로 배치되는 일련의 동일한 복수의 마커를 포함할 수 있다. 단순한 대안으로, 광학 시스템은 렌즈를 포함할 수 있고, 예를 들면, 이러한 증분 측정 눈금의 광학적 스캐닝을 제공하도록, 렌즈는 각각의 마커의 광학 이미지를 렌즈에 대해 고정되도록 배치되는 센서에 광전 검출기 형태로 투영한다. 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 위치의 상대적 변화를 측정하기 위하여, 측정 헤드는 마커의 트랙을 따라 이동될 수 있다. 이것에 의해, 측정 헤드의 이동은, 예를 들면, 센서가 지나간 마커의 개수에 관련된 정보를 제공하는 신호의 주기적 변화를 야기한다. 마커의 트랙을 따른 측정 헤드의 다른 위치를 위해 기록되었던 신호는 더욱 보간될 수 있고, 따라서 인접한 마커의 거리보다 더 작은 부정확성으로 마커에 대한 측정 헤드의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

전술한 위치 결정 장치는 또한, 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 절대적인 위치를 결정하도록 설계될 수 있다. 이를 위하여, 측정 눈금은, 각각의 경우에, 특정 절대적 위치를 명시하는 하나 이상의 기준 마커를 미리 정해진 라인("트랙")을 따라 포함할 수 있다. 위치를 결정하기 위하여, 측정 헤드에 의해서 각각의 기준 마커를 광학적으로 스캔하도록, 전술한 형태의 측정 헤드가 미리 정해진 라인을 따라 이동될 수 있다. 이것에 의하여, 측정 헤드의 이동은 측정 헤드가 기준 마커 중 하나에 위치되는지 아닌지 여부를 식별하는 신호의 변화를 가져온다. 임의의 위치에서 측정 헤드의 각각의 절대적 위치를 결정하기 위하여, 예를 들면, 특정 기준 마커에 대한 측정 헤드의 상대적인 위치의 변화가 측정될 수 있고, 측정 헤드의 상대적인 위치의 각각의 변화는 증분 측정 눈금의 마커를 스캐닝함으로써 결정될 수 있다.

전술한 형태의 위치 결정 장치는, 예를 들면, 제1 바디, 및 제1 바디에 대해 이동될 수 있고 제1 바디 상에 가이드 되는 제2 바디를 포함하고, 따라서 제1 바디에 대한 제2 바디의 위치를 결정하는 것을 가능하게 하는 과제를 수행하는 가이드 시스템(예를 들면, 리니어 가이드 또는 스위블(swivel) 가이드)과 조합하여 사용될 수 있다. 이를 위하여, 위치를 결정하기 위한 각각의 장치의 측정 눈금은, 예를 들면, 제1 바디에 대해 고정되도록 배치될 수 있고, 각각의 측정 헤드는 제2 바디에 대해 고정되도록 배치될 수 있다.

전술한 형태의 가이드 시스템에 대하여, 점진적인 소형화로의 현재 추세가 있다. 따라서, 전술한 형태의 위치 결정 장치가 "작은" 치수를 포함하는 가이드로 통합될 수 있도록 하는 특별한 요구가 있다. 게다가, 전술한 형태의 위치 결정 장치는 높은 정확도로 위치를 결정하는 것이 가능하도록 하고, 이러한 정확도는 심지어 제2 바디가 제1 바디에 대해 상대적으로 높은 속도로 이동되는 경우에도 보장되는 것이 요구된다. 게다가, 위치 결정 장치는 가능한 비용 효율적으로 제조될 수 있고, 가능한 조립에 수고들이지 않고 가이드 시스템 내로 통합될 수 있는 것이 요구된다.

전술한 요구에 대하여, 처음 접근이 현재 추구되고 있지만, 이러한 요구의 개별적이고 부분적인 양상만 고려된다.

가이드 레일 형태의 제1 바디, 및 가이드 레일을 따라 이동될 수 있는 제2 바디를 포함하고, 가이드 레일에 대한 제2 바디의 위치를 결정하기 위한 전술한 형태의 장치를 포함하는 리니어 가이드 시스템으로서, 각각의 측정 눈금은 상기 가이드 시스템의 경우에 각각의 가이드 레일의 표면의 가공에 의해 구현되는 것이 WO 2005/033621 A1 및 WO 2007/003065 A1에 공지되어 있다. 각각의 측정 눈금은 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드에 의해 스캔될 수 있으나, WO 2005/033621 A1 및 WO 2007/003065 A1는 이러한 측정 헤드가 어떻게 구성될 수 있는 지에 대한 어떠한 정보도 포함하지 않는다. 이러한 경우에, 따라서 측정 눈금은 가이드 레일에 조립되어야 하는 별개의 부품이 아니라 가이드 레일의 표면 내로 일체화된다. 결과적으로, 측정 눈금의 개별적인 마커 자체만 작은 양의 공간을 필요로 하기 때문에, 측정 눈금의 가이드 레일 내로 이러한 통합은 공간을 절약시킨다. 측정 눈금이 별개의 부품으로써 구현되지 않는다는 사실 때문에, 대규모 작업 단계(예를 들면, 가이드 레일에 대한 개별 부품의 조정 및 가이드 레일에 개별 부품의 영구적인 고정)가 추가로 더 이상 필요하지 않다.

측정 눈금, 및 측정 눈금에 대해 이동될 수 있고 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드를 포함하는 위치 결정 장치가 미국 특허 7,186,969 B2에 공지되어 있고, 측정 헤드는, 측정 눈금의 이미지를 생성하기 위한 소위 "텔레센트릭(telecentric)" 광학 시스템, 및 측정 눈금의 이미지를 캡처하고 신호를 제공하기 위한 센서를 포함하고, 상기 신호는 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 이 경우에, 텔레센트릭 광학 시스템은 측정 눈금에 일정 거리로 배치되고 광학 축을 포함하는 제1 렌즈 요소, 및 광 투과성 개구부 형태로, 광 불투과성 물질로 만들어진 다이아프램(diaphragm)에서 구현되는 조리개(aperture)를 포함하고, 이러한 조리개는 측정 눈금으로부터 이격되어 마주하는 렌즈 요소의 측면 상의 제1 렌즈 요소의 초점에 배치된다. 언급된 조리개의 배치 때문에, 이러한 텔레센트릭 광학 시스템의 경우에, 조리개는 광학 시스템을 통한 광 빔의 경로(광 경로)를 제한시키는 효과를 가지고, 따라서 (측정 눈금에서 시작하여) 렌즈 요소의 광학 축에 평행한 렌즈 요소에 부딪치는 광 빔만 또는 각도의 크기가 각각의 조리개의 크기의 함수로 (또한, 조리개의 표면이 작을수록 작아지는) "작은" 각도 범위 내로 광학 축에 경사진 광 빔만 기꺼해야 광학 시스템에 의해 생성될 수 있는 측정 눈금의 이미지에 기여할 수 있다. 측정 눈금과 렌즈 요소 사이의 거리가 달라지는 경우에, 이러한 조리개는, 광학 시스템이 센서 상에 생성시키는 측정 눈금의 각각의 이미지의 크기가 변경되지 않거나 또는 상대적으로 단지 작게 변경되는 효과를 가진다. 따라서 전술한 광학 시스템은 측정 눈금의 각각의 이미지가 상대적으로 커다란 초점 깊이로 생성되고, 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 미리 정해진 거리가 상대적으로 커다란 공차로만 유지되어야 하는 장점을 가진다. 결과적으로, 측정 헤드는 상대적으로 간단한 방법으로 각각의 요구되는 정확도로 측정 눈금에 대해 위치될 수 있고, 따라서 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 조립은 상대적으로 간단한 방법으로 실행될 수 있다. 특히, 각각의 조리개의 표면이 작을수록 언급한 공차는 더 크다. 반면에, 전술한 광학 시스템은 특히, 측정 눈금에 수직인 방향으로 상대적으로 큰 공간 양을 필요로 하는 단점을 가진다. 따라서 측정 헤드의 소형화는 제한되고, 그 결과 이러한 측정 헤드는 상대적으로 큰 공간 필요 때문에 작은 가이드 시스템에 적합하지 않다.

또한, 다른 특성을 포함하는 다른 물질로부터 만들어지고 고정밀도로 미리 정해진 거리에서 조립되어야만 하는, 상대적으로 다수의 다른 개별적인 부품이 광학 시스템을 구현하기 위하여 요구된다. 예를 들면, 렌즈 요소는 광 투과성 물질로 만들어지는 별개의 바디이다. 조리개가 구현되는 다이아프램은 (언급한 바와 같이) 광 불투과성 물질로 만들어지고 조리개를 제조하기 위하여 가공되어야만 하고 렌즈 요소의 초점에 위치되어야만 하는 추가적인 별개의 바디이다. 따라서 측정 헤드의 생산은 광범위하고 결과적으로 고가이다.

본 발명은 언급된 단점을 방지하고, 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 텔레센트릭 광학 시스템을 구비한 측정 헤드를 포함하는 위치 결정 장치를 생성하는 목적을 기초로 하고, 측정 헤드는 상대적으로 작은 양의 공간을 필요로 하고 단순한 방식으로 설계되는 것이다. 또한, 장치는 제1 바디, 및 제1 바디에 대해 이동될 수 있는 제2 바디를 포함하는 가이드 시스템과 조합하여 사용될 수 있는 것이다.

이러한 목적은 특허 청구항 1의 특징을 포함하는 위치 결정 장치에 의해 달성된다.

이러한 위치 결정 장치는 위치를 표시하기 위한 적어도 하나의 마커를 포함하는 측정 눈금, 및 측정 눈금에 대해 이동될 수 있고 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드를 포함하고, 상기 측정 헤드는, 측정 눈금의 이미지를 생성하기 위한 텔레센트릭 광학 시스템, 및 측정 눈금의 이미지를 캡처하고 신호를 제공하기 위한 센서를 포함하고, 상기 신호는 측정 눈금에 대한 측정 헤드의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 텔레센트릭 광학 시스템은, 측정 눈금에 일정 거리로 배치되고 광학 축을 포함하는 제1 렌즈 요소, 및 측정 눈금으로부터 이격되어 마주하고, 제1 렌즈 요소의 일 측면 상의 제1 렌즈 요소의 초점에 배치되는 조리개를 포함한다.

이 명세서에서, "조리개(aperture)"는 광학 시스템 내에서 각각의 장치에 부딪치는 광 빔으로의 광 빔의 전파를 제한하는 "장치(device)"로 지칭한다. 전술한 바와 같이, 이러한 장치는, 예를 들면, 광 불투과성 물질의 다이아프램에서 광 투과성 개구부로써 구현될 수 있고, 각각의 조리개는 개구부의 가장자리에 의해 한정된다. 대안적으로, "조리개"는 또한, 반사 거울로써 구현될 수 있고, 이러한 조리개는 각각의 거울의 가장자리에 의해 한정된다.

렌즈 요소의 초점에 배치되는 조리개는, 이하, "텔레센트릭 조리개"로서 지칭될 것이다.

본 발명에 따른 장치의 경우에, 텔레센트릭 광학 시스템은 표면을 구비한 블록을 포함하고, 제1 렌즈 요소는 블록의 일체형 구성이고, 블록 표면의 제1 영역이 제1 렌즈 요소의 표면을 형성한다. 더욱이, 조리개(텔레센트릭 조리개로서)는, 블록 표면의 제2 영역에서 구현되고 제1 렌즈 요소의 광학 축에 대해 경사진 제1 거울면의 형태로 실현된다.

이에 따르면, 측정 눈금과 마주보는 제1 렌즈 요소의 표면과 측정 눈금의 이미지를 캡처하기 위한 센서 사이로 광학 시스템을 통한 광 빔의 경로(광 경로)에 충돌하는 광학 시스템의 모든 부품은 단일 (일체형) 블록 부품이고, 예를 들면, 굴절 바운딩(bounding) 표면으로써(예를 들면, 렌즈 요소로써) 또는 반사면(거울)으로써 이러한 블록의 표면에서 구현된다.

이러한 블록은, 예를 들면, 이러한 방법을 실행하는데 적합한 대응하는 주형에 의해 플라스틱의 사출 성형 또는 사출 압축에 의해 성형되는 통상적인 방법으로 상대적으로 간단한 방식으로(예를 들면, 몇 개의 동작으로) 생산될 수 있다. 결과적으로, 이러한 블록은 비용 효율적인 방식으로 대용량으로 생산될 수 있다.

이에 따르면, 본 발명에 따른 장치의 측정 헤드는 단지 몇 개의 부품으로 구성되고 결과적으로 쉽게 조립될 수 있다.

텔레센트릭 조리개가 거울면으로서 구현된다는 사실은, 렌즈 요소와 텔레센트릭 조리개가 단일 물질로 만들어질 수 있고 동일한 작동으로 생산될 수 있는 단일(일체형) 바디로 일체화될 수 있다는 전제 조건을 제공한다. 본 발명에 따른 장치의 경우에, 텔레센트릭 조리개를 구현하기 위하여, 바운딩 표면상의 입사광을 반사하기에 적합한, 적절하게 배치된 바운딩 표면은 렌즈 요소를 포함하는 그러한 바디의 표면의 특정 영역에만 생성되어야 한다. 이러한 바운딩 표면의 반사율을 증가시키기 위하여, 필요한 경우에, 바운딩 표면에 적합한 코팅을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

이와 대조적으로, 미국 특허 7,186,969 B2에서 공지된 광학 시스템의 경우에는 렌즈 요소 및 텔레센트릭 조리개는 다른 물질의 다른 공작물을 가공함으로써 서로 별개로 생산되어야 하고, 그 후에, 미리 정해진 방식으로 서로에 대해 상대적으로 배치되어야 한다.

미국 특허 7,186,969 B2에서 공지된 광학 시스템과 비교하여, 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템의 경우에 더 작은 양의 별개 부품이 조립되어야 하고, 따라서 본 발명에 따른 광학 시스템의 조립은 명백하게 수고가 덜 들어간다.

게다가, 본 발명에 따른 텔레센트릭 조리개는 거울면으로서 구현된다는 사실은, 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템이 상대적으로 작은 양의 공간을 필요로 한다는 전제 조건을 제공한다. 이것은, 측정 눈금에 수직인 방향으로 블록의 연장은 렌즈 요소 각각의 초점 거리에 대응하는 거리에 거울면으로써 텔레센트릭 조리개의 실시예로 인해 실질적으로 제한될 수 있기 때문이다. 이것은, 렌즈 요소의 광학 축의 방향으로 렌즈 요소에 부딪치는 이러한 광 빔은 제1 거울면(텔레센트릭 조리개를 형성하는)에서 반사되기 때문이고, 따라서 광 빔은 렌즈 요소의 광학 축을 따라 텔레센트릭 조리개를 벗어나 전파될 수 없다.

그러나 미국 특허 7,186,969 B2에서 공지된 광학 시스템의 경우에, 측정 눈금에 수직인 방향으로 광학 시스템의 연장은 각각의 렌즈 요소의 초점 거리보다 상당히 더 크고, 따라서 각각의 렌즈 요소의 초점 거리가 동일한 경우에, 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템의 대응하는 연장보다 상당히 더 크다.

본 발명에 따른 텔레센트릭 조리개는 제1 렌즈 요소의 광학 축에 대해 경사진 거울면으로 구현된다는 사실 때문에, 측정 눈금의 각각의 이미지의 생성에 기여하는 광 빔이 적어도 한 번 꺽어지는 광 경로를 포함한다는 것이 얻어진다. 따라서 텔레센트릭 광학 시스템에 의해 생성되는 측정 눈금의 이미지가 렌즈 요소로부터 그리고 텔레센트릭 조리개로부터 분리되는 공간 영역에서 생성될 수 있다는 것이 보장된다. 이것을 통하여, 측정 눈금의 이미지를 캡처하기 위한 센서는 렌즈 요소로부터 그리고 텔레센트릭 조리개로부터 공간적으로 분리된 블록 표면의 영역에 위치될 수 있다는 것이 보장되고, 따라서 센서는 광 경로와 간섭하지 않거나 또는 측정 눈금의 생성된 이미지의 질에 부정적으로 영향 미치지 않는다.

제1 거울면이 광학 축에 대하여 기울어진 각도를 적합하게 선택하는 것에 의하여, 광학 시스템이 측정 눈금에 평행한 방향으로도 가능한 작은 양의 공간을 필요로 하고, 이에 따라 블록의 부피가 최소화될 수 있다는 것이 추가로 얻어질 수 있다. 후자는 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템의 컴팩트한 설계를 보장한다.

따라서, 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 경우에, 센서는 블록 표면의 제3 영역에 배치될 수 있다. 게다가, 제1 거울면은, 광이 제1 렌즈 요소를 통하여 광학 축을 따라 블록 내로 결합될 수 있도록 배치될 수 있고, 따라서, 각각의 결합된 광은 제1 거울면에서 반사되어 블록 표면의 제3 영역에서 블록을 떠난다. 블록은, 제1 렌즈 요소가 센서의 표면상의 측정 눈금의 실제 이미지를 생성하도록(미리 정해진 공차 내에서) 측정 눈금에 대해 배치될 수 있다. 제1 거울면은 텔레센트릭 조리개로 구현되는 사실 때문에, 광학 축에 실질적으로 평행한 제1 렌즈 요소에 부딪치는 광 빔은 측정 눈금의 이미지에 실질적으로 기여한다. 이 경우에, 이러한 광 빔은 제1 거울면에 부딪치고, 제1 거울면에서 반사 후에 센서에 부딪친다.

본 발명에 따른 장치의 전술한 실시예의 추가 개발은 하나 이상의 제2 거울면이 블록 표면의 제4 영역에서 구현되고, 각각의 제2 거울면은, 광이 제1 렌즈 요소를 통하여 광학 축을 따라 블록 내로 결합될 수 있도록 제1 거울면에 대해 배치되고, 따라서 각각의 결합된 광은 제1 거울면에서 그리고 그 이후에 적어도 하나의 제2 거울면에서 반사되어, 마침내 표면의 제3 영역에서 블록을 떠나는 것을 특징으로 한다. 이 실시예의 경우에, 광 빔은 렌즈 요소와 센서(블록 표면의 제3 영역에 배치되는) 사이를 지나면서 적어도 2개 이상의 거울면에서 반사되고, 각각의 광 빔의 방향은 각 거울면에서 각각의 반사에 대응하여 변경된다. 예를 들면, 각각의 거울면은, 센서로 가는 도중의 블록의 양 측면 사이에서 한번 또는 여러 번 왔다갔다 반사되도록 배치될 수 있다. 이것을 통하여, 측정 눈금의 각각의 이미지의 생성에 기여하는 광 빔은 여러 번 꺽이는 광학 시스템을 통한 광 경로를 포함하는 것이 얻어진다. 따라서 광학 시스템이 특히 컴팩트한 방식으로 구조될 수 있다는 사실을 위해 전제 조건이 성립된다. 광 경로가 더욱 자주 꺽이게 될수록, 블록의 부피는 더 작게 선택될 수 있고 더 작은 공간이 블록에 의해 차지된다. 그러나 각각의 거울면이 그들의 광학적 질과 관련하여 충족해야만 하는 요구사항들이 광 경로의 꺽임 개수의 증가로 인하여 증가한다는 것을 인식해야만 한다.

본 발명에 따른 장치의 일 실시예는 측정 눈금의 적어도 한 영역이 조명될 수 있는 적어도 하나의 광원을 포함하는 조명 장치를 포함하고, 측정 눈금의 이러한 영역은, 측정 눈금의 이러한 영역의 이미지가 텔레센트릭 광학 시스템에 의해 생성될 수 있고 이러한 이미지는 센서에 의해 캡처될 수 있도록 배치된다. 예를 들면, 이러한 광원은, 각각의 광원에 의해 생성될 수 있는 광이 조명될 수 있는 측정 눈금 또는 측정 눈금의 영역에 블록을 지나서 안내하는 길로 도달하도록, 블록에 인접하여 배치될 수 있고, 따라서 이러한 광은 볼록의 표면에 부딪치는 것 없이 측정 눈금에 도달한다. 광원의 이러한 배치에 의해서, 광원의 광은 블록의 표면에서 산란되는 것이 방지되는 대부분의 부품을 지나 측정 눈금에 부딪치는 것 없이 센서에 도달할 수 있다. 이것에 의하여, 광원에 의해 조명되는 측정 눈금의 영역의 광학 시스템이 생성하는 이미지는 높은 콘트라스트를 가진다는 것이 얻어진다. 예를 들면, 발광 다이오드(LED)가 광원으로서 적합할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 추가 대안에서, 조명 장치의 각각의 광원은, 광원에 의해 생성되는 광이 블록 표면의 일 영역에서 블록 내로 결합될 수 있고, 블록 표면의 타 영역에서 해제될 수 있도록 배치된다. 이러한 경우에, 각각의 광원에 의해 생성될 수 있는 광은, 조명될 수 있는 측정 눈금 또는 측정 눈금의 영역에 블록을 통하여 안내하는 길로 도달한다. 각각의 광원의 이러한 배치는, 각각의 광원이 광원에 의해 조명되도록 하는 측정 눈금의 영역으로부터 상대적으로 이격되어 배치될 수 있는 장점을 가진다. 각각의 광원은, 예를 들면, 블록의 측면 상에 배치되고 측정 눈금으로부터 이격되어 마주하는 블록 표면의 영역에 위치될 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 광원은 예를 들면, 다른 광원과의 광원의 교환을 간단하게 하거나 또는 광원의 조립을 용이하게 하는, 특히 간단한 방식으로 접근될 수 있다. 게다가, 각각의 광원의 이러한 배치는 광원 및 센서 그리고 필요한 경우에 전체로써 블록에 조립될 수 있는 모듈형 유닛으로서 추가 전자 부품을 구현하는 가능성을 제공한다. 후자는 전류 또는 전압 소스에 각각 연결을 필요로 하는, 측정 헤드의 이러한 부품의 조립을 간단하게 한다.

본 발명에 따른 장치의 전술한 대안의 추가 개발에서, 조명 장치의 각각의 광원에 의해 생성되는 광이 해제될 수 있는 블록 표면의 영역은 만곡을 포함하고, 따라서 표면의 이러한 영역은 렌즈 요소를 형성한다. 이러한 렌즈 요소는, 블록으로부터 해제될 수 있는 광의 강도의 공간적 분포에 영향을 미치는 가능성을 제공한다. 후자는, 조명될 수 있는 측정 눈금의 영역에서 광원에 의해 생성될 수 있는 광원 강도의 공간적 분포를 최적화하는 역할을 한다. 렌즈 요소는, 예를 들면, 광원에 의해 생성되는 광을 조준하거나 또는 측정 눈금 상에 광을 집중시키도록 형성되거나 배치될 수 있었다.

본 발명에 따른 장치의 전술한 대안의 추가 개발에서, 반사면이 블록 표면의 영역에서 구현되고, 상기 반사면은, 조명 장치의 각각의 광원의 블록 내로 결합되는 각각의 광이 이러한 반사면에서 반사되도록 배치된다. 이러한 경우에, 그 가능성은 광원에 의해 생성되는 광의 전파의 방향에 대해 블록 표면의 영역에 의해 영향을 미치는데 사용된다. 광원과 블록 표면의 각각의 영역의 공간적 배치는, 광원의 광이 표면의 각각의 영역에서 반사에 의해 각각 원하는 방향으로 향하게 되도록 서로에 대해 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 추가 대안은 하나 이상의 광도체를 포함하고, 각각의 광도체는, 조명 장치의 각각의 광원에 의해 생성되는 광이 각각의 광도체 중 하나를 통하여 블록 내로 결합될 수 있도록 배치된다. 광 도체는 별개의 부품이 될 수 있고, 예를 들면, 각각의 블록에 구현되는 리세스에 배치될 수 있다. 대안적으로, 각각의 광도체는 블록 내로 일체화될 수 있다. 각각의 광도체는, 광원에 의해 생성되는 광의 강도의 공간적 분포에 특히, 광이 블록으로부터 해제되는 블록 표면의 영역에서 영향을 미치는 추가적인 가능성을 제공한다. 특히, 광도체는, 블록 내로 결합되는 광의 강도의 공간적 분포가 광도체의 길이에 실질적으로 독립적이 되도록 구현될 수 있다. 이 경우에, 각각의 광원에 의해 생성되는 광은 상대적으로 큰 거리를 가로질러 예를 들면, 측정 눈금의 부근 내로 광 전파 방향을 따라 광 강도의 공간적 분포(광 분포 방향에 수직인 평면 내에 측정되는)를 실질적으로 변경시키지 않고 광도체에 의해 가이드될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 일 실시예는 측정 눈금을 포함하고, 측정 눈금은, 각각의 경우에, 점진적으로 배치되는 복수의 마커를 구비하는 증분 트랙 및/또는 하나 이상의 기준 마커를 구비하는 하나 이상의 기준 트랙을 포함한다.

이러한 실시예의 추가 개발은, 측정 눈금이, 복수의 트랙에 배치되고 서로 인접하여 배치되는 복수의 마커를 포함하고, 조명 장치는 복수의 광원을 포함하고, 상기 광원은, 트랙 중 하나가 각각의 광원 중 하나에 의해서 조명될 수 있고, 트랙 중 다른 하나가 각각의 광원 중 다른 하나에 의해서 조명될 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 이렇게 함으로써, 서로에 대해 상대적으로 큰 거리를 가지는 마커의 다른 트랙은 또한, 서로에 독립적으로 조명될 수 있고, 따라서 각각의 트랙 사이의 공간은 조명되지 않거나 또는 상대적으로 낮은 광 강도로만 조명되는 반면에, 마커 자체는 미리 정해진 (최적의) 광 강도로 조명된다. 이렇게 함으로써, 다른 트랙을 조명하기 위해 필요한 에너지는 최소화될 수 있다. 이렇게 함으로써, 조명 장치는 또한 과도한 양의 열을 발생시키는 것이 방지되고, 필요한 경우에, 조명 바로 부근의 열 감응성 부품(예를 들면, 센서, 다른 전자 부품, 또는 열 감응성 물질)에 영향을 미치거나 손상시키는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 장치의 일 실시예는, 측정 눈금이, 각각의 마커의 가장자리가 반사면 영역에 인접하도록 구현되고, 가장 자리는 조명 장치의 각각의 광원에 의해 생성되는 광이 표면 영역에서 반사되도록 배치되고, 따라서 각각의 반사된 광은 상기 제1 렌즈 요소에 부딪치지 않는 것을 특징으로 한다. 게다가, 각각의 마커는, 마커가 조명 장치에 의해 조명되는 경우에 제1 렌즈 요소를 통하여 블록 내로 침투할 수 있는 산란광이 마커에서 생성되도록 구현된다. 측정 눈금이 전술한 조건 하에서 조명 장치의 각각의 광원에 의해 조명되는 경우에, 각각의 마커에 의해 생성되는 산란광의 투입은 제1 렌즈 요소를 통하여 집합적으로 침투하는 광의 강도에 상대적으로 크다(필요한 경우에, 특히, 제1 렌즈 요소를 향하는 방향으로 반사면 영역에서 산란될 수 있었던 광의 대응하는 투입에 비교하여). 이것을 통하여, 각각의 경우에, 광학 시스템은, 조명 장치에 의해 조명되는 측정 눈금의 영역의 이미지를 생성하고, 각각의 반사면 영역이 각각의 마커와 비교하여 상대적으로 어둡게 나타나거나 또는 각각의 마커가 마커에 인접한 반사면 영역과 비교하여 상대적으로 밝게 나타나도록 하는 것이 얻어진다. 따라서, 이 경우에, 각각의 마커의 특히 높은 콘트라스트 이미지를 생성하는 것을 가능하게 하는 "어두운 필드" 조명이 구현된다.

본 발명에 따른 일 실시예는 각각의 광원의 광에 불투명한 다이아프램이 조명의 각각의 광원과 블록 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다. 다이아프램 바디는, 각각의 광원에 의해 생성되는 광이 측정 눈금의 미리 정해진 영역을 조명하지 않는다면 센서에 도달할 수 없도록 배치되거나 또는 성형될 수 있고, 따라서, 측정 눈금에서 반사되는 광 부분은 제1 렌즈 요소에 부딪칠 수 없는 반면에, 각각의 조명된 마커에서 생성되는 산란광은 제1 렌즈 요소에 부딪친다. 다이아프램 바디는 블록 및 조명 장치를 위한 지지부로서 구현될 수 있다. 이를 위하여, 다이아프램 바디는, 일체형으로 구현될 수 있고, 예를 들면, 두 개의 별개의 챔버를 포함할 수 있고, 챔버 중 하나는 블록을 수용하는 역할을 하고, 챔버 중 다른 하나는 조명 장치를 수용하는 역할을 한다. 챔버 모두 각각의 경우에 측면에서 측정 눈금을 마주하는 개구부를 포함할 수 있고, 따라서 한편으로 측정 눈금의 미리 정해진 영역이 조명 장치에 의해서 이러한 개구부 중 하나를 통하여 조명될 수 있고, 각각의 경우에 마커에서 산란된 광은 제1 렌즈 요소의 다른 개구부를 통하여 측정 눈금의 조명된 영역으로부터 빠져나갈 수 있다.

본 발명에 따른 위치 결정 장치는 또한 가이드 시스템과 조합하여 사용될 수 있고, 가이드 시스템은 제1 바디, 및 제1 바디에 대해 이동될 수 있고 제1 바디 상에 가이드되는 제2 바디를 포함한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 장치의 측정 눈금은 제1 바디에 대해서 고정되도록 배치될 수 있고, 본 발명에 따른 장치의 측정 헤드는 제2 바디에 대해 고정되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 가이드 시스템은 리니어 가이드 또는 스위블(swivel) 가이드가 될 수 있다.

본 발명의 추가 세부사항 및 특히, 본 발명에 따른 장치의 예시적 실시예는 첨부된 도면에 의해서 이하 정의될 것이다.

본 발명에 따른 위치 결정 장치의 측정 헤드는 상대적으로 작은 양의 공간을 필요로 하고 단순한 방식으로 설계될 수 있다.

도 1은 리니어 가이드 형태의 가이드 시스템의 사시도로서, 가이드 시스템은 가이드 레일 형태의 제1 바디, 가이드 레일 상에 가이드 되는, 가이드 캐리지 형태의 제2 바디, 및 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치를 포함하고, 상기 장치는 측정 눈금 및 측정 눈금을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드를 포함한다.
도 2는 도 1에 따른 가이드 레일의 일부 및 측정 눈금의 일부의 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 가이드 캐리지를 도시하고, 측정 헤드는 제거되었으나, 측정 헤드를 수용하기 위한 리세스는 도시되어 있다.
도 4는 다른 시각에서 도 1에 따른 측정 헤드의 개략도이다.
도 5는 도 1에 따른, 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예로서, 가이드 레일의 길이 방향으로 일부가 도시되어 있고, 위치 결정 장치는 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템 및 측정 눈금의 영역을 비추기 위한 조명 장치의 제1 실시예를 포함한다.
도 6a는 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템의 일부를 도시한다.
도 6b는 현재까지 이른 기술 수준에 따른 텔레센트릭 광학 시스템의 일부를 도시한다.
도 7은 도 1에 따른 가이드 레일 및 측정 눈금에 거쳐 일부를 도시하고, 측정 눈금의 조명 및 조명 효과의 개략도이다.
도 8은 도 1에 따른 측정 헤드의 센서의 개략도(블록 다이어그램)이다.
도 9는 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템에 의해 생성되는 측정 눈금의 이미지 캡처에 대응하는, 도 8에 따른 센서 일부의 개략도이다.
도 10은 도 1에 따른 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도시하고, 위치 결정 장치는 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템을 포함하지만, 측정 눈금의 영역을 비추기 위한 조명 장치의 제2 실시예가 구비된다.
도 11은 도 1에 따른 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예를 도시하고, 위치 결정 장치는 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템을 포함하지만, 측정 눈금의 영역을 비추기 위한 조명 장치의 제3 실시예가 구비된다.

도 1은 직선 가이드 레일(2), 가이드 레일(2) 상에 배치되어 가이드 레일(2)을 따라 이동될 수 있는 가이드 캐리지(carriage)(3), 및 본 발명에 따른 가이드 레일(2)에 대한 가이드 캐리지(3)의 위치 결정 장치(5)의 제1 실시예를 포함하는 리니어 가이드 시스템(1)을 도시한다.

가이드 캐리지(3)는 복수의 채널(4)에 배치되어 있고, 가이드 캐리지(3)에 포함되는 회전체(도면에 도시되지 않음)를 통해 가이드 레일(2) 상에 지지되고, 따라서 가이드 캐리지(3)가 가이드 레일(2)을 따라 이동되는 경우에, 회전체는 가이드 레일(2)에 대해 또는 가이드 캐리지(3)에 대해 각각의 채널(4)에서 개별적으로 움직인다.

위치 결정 장치(5)는 측정 눈금(measuring scale)(10), 및 측정 눈금(10)을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드(2)를 구비한 스캐닝 장치(20)를 포함한다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 측정 눈금(10)은 가이드 레일(2)의 (상부) 면(2.1) 상에, 특히, 가이드 레일(2)의 가장자리(2')에서 구현되어 가이드 캐리지(3)를 마주본다. 가이드 레일(2)을 여기서 도시되지 않은 조립체 구성에 부착시키기 위한 구멍(15)이 가이드 레일(2)의 중앙 영역에 제공된다. 측정 눈금(10)은 가장자리(2')와 구멍(15) 사이의 실질적으로 스트립 형상의 표면 영역인 공간을 필요로 하고, 따라서 가이드 레일(2)의 전체 길이에 걸쳐서 (중단 없이) 연장하는 리니어 측정 눈금으로 구현될 수 있다. 본 예시적 실시예에서, 광학 센서가 측정 눈금을 스캐닝할 수 있도록 측정 눈금(10)이 구현된다(도 5, 및 7 내지 9 관련된 명세서에서 이하 더욱 상세하게 명시될 것이다).

도 3은 가이드 캐리지(3)를 (회전체 및 회전체용 가이드 없이) 상세하게 도시한다. 가이드 캐리지(3)는 통상적인 방식으로 구현된다. 측정 헤드(21)를 수용하도록 역할하는 리세스(25)가 가이드 캐리지(3)의 상부 측면 상에 제공된다. 측정 헤드(21)로 측정 눈금(10)의 광학적 스캐닝을 제공하기 위해, 리세스(25)는, 가이드 캐리지(3)를 관통하여 연장되어 측정 눈금(10) 상부에 구현되는 구멍(25.1)을 포함하고, 따라서 측정 눈금(10)의 일부가 광학 수단에 의해 구멍(25.1)을 통하여 스캔될 수 있다. 가이드 캐리지(3)의 기계적 고안정성을 보장하도록 구멍(25.1)은 가능한 작게 유지된다.

도 4는 스캐닝 장치(20)의 상세도를 도시한다. 스캐닝 장치(20)는 측정 헤드(21), 및 케이블(27)(또는 인쇄 회로 기판으로 대체되어)을 통하여 측정 헤드(21)에 연결되고, 제어 유닛(도시되지 않음)에 추가적으로 연결될 수 있는 공급 장치(26)를 포함하여, 한편으로는 측정 헤드(21)에 에너지 공급을 보장하도록 하고, 다른 한편으로는 측정 헤드(21)와 제어 유닛 사이의 제어 신호 및 측정 신호의 교환을 제공하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 측정 눈금(10)은, 면(2.1)의 가장자리(2')에 평행하게 계속되고, 다수의 (등거리의) 마커(11)를 포함하는 증분 트랙(incremental track)(11'), 및 기준 마커(12)를 구비한 기준 트랙(12')을 포함한다. 이 경우에, 기준 마커(12)는 증분 트랙(11') 옆에 배치된다. 본 예에서, 마커(11) 및 기준 마커(12)는 각각의 경우에 직선 구조이고, 직선 구조의 길이 방향 축은 가이드 레일(2)의 길이 방향에 수직으로 배치되고 따라서 증분 트랙(11') 및 기준 트랙(12')의 길이 방향에 수직이다. 가이드 캐리지(3)가 가이드 레일(2)을 따라 이동될 때, 증분 트랙(11')의 마커(11) 뿐만 아니라 기준 트랙(12')의 기준 마커(12)가 측정 헤드(21)에 의해 스캔될 수 있도록, 측정 헤드(21)는 가이드 캐리지(3)에 배치된다.

마커(11, 12)는 예를 들면, (WO 2005/033621 A1에 공지된 바와 같이) 레이저 빔에 의한 면(2.1) 가공에 의해 면(2.1) 상에 생성될 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 증분 트랙(11')의 마커(11)는, 예를 들면, 마커(11)가 5㎛만큼 증분 트랙(11')의 길이 방향으로 연장하고, 각각의 마커(11)가 약 10㎛의 길이로 증분 트랙(11')을 따라 배치되도록 치수화될 수 있다.

이 경우에, 기준 마커(12)가 2개의 구멍(15) 사이의 가이드 레일(2)의 중앙 영역(대략 중앙에서)에 배치된다. 이러한 배치는, 구멍(15)의 직경보다 크게 넓지 않아 따라서 측정 눈금(10)을 배열하기 위한 작은 양의 공간만을 제공하는 좁은 가이드 레일(2)의 경우에 특히 유리하다.

도 5는 가이드 레일(2)의 길이 방향에서 도 1에 따른 장치(5)의 일부를 도시하고, 측정 눈금(10)을 포함하는 측정 헤드(21) 및 가이드 레일(2)만 도시된다. 도시된 바와 같이, 측정 헤드(21)는 측정 눈금(10)에 거리(D)로 배치된다.

측정 헤드(21)는 특히,

- 측정 눈금(10)의 이미지를 생성하기 위한 텔레센트릭 광학 시스템(telecentric optical system)(30),

- 각 경우에 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성된 각각의 이미지를 캡처하는 센서(40)로서, 측정 눈금(10)의 마커(11) 및/또는 기준 마커(12)의 등록 및 측정 눈금(10)에 대한 측정 헤드(21)의 위치 측정을 제공하는 신호를 제공하는 센서(40), 및

- 측정 눈금(10)을 비추기 위한 조명 장치(38)

를 포함한다.

측정 헤드(21)의 출력 신호는 최종적으로 제어 유닛에 의해 가이드 레일(2)에 대한 가이드 캐리지(3) 및/또는 가이드 레일(2)에 대한 가이드 캐리지(3)의 현재 위치에 의해 커버되었던 거리를 명확하게 하는 데이터로 변경될 수 있다.

텔레센트릭 광학 시스템(30)은 측정 눈금(10)에 일정 거리로 배치되고, 센서(40)에 대해 고정되도록 배치된 제1 렌즈 요소(33)를 포함하여, 제1 렌즈 요소(33)가 측정 눈금(10)을 마주보는 센서(40)의 표면(40.1) 상에 측정 눈금(10) 영역의 실제 이미지를 생성시키도록 한다. 도 5에 나타난 바와 같이, 측정 눈금(10)을 마주보는 제1 렌즈 요소(33)의 면은 본 실시예에서 볼록하게 만곡되고, 가이드 레일(2)에 실질적으로 수직으로 배치된 광학 축(34)을 포함한다.

도 5에서 추가로 나타난 바와 같이, 제1 렌즈 요소(33)는 표면(32)을 포함하는 (하나로 이루어진(one-piece)) 블록(31)의 일체형 구성으로, 블록(31)의 표면(32)의 제1 영역(32.1)(도 5에서 화살표(32.1)에 의해 식별되는)이 제1 렌즈 요소(33)의 면을 형성한다.

측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하는 측면 상에 제1 렌즈 요소(33)는 블록(31)의 표면(32)의 제2 영역(32.2)(도 5에서 화살표(32.2)에 의해 식별되는)에 놓여 있는 초점(F1)을 포함하도록 제1 렌즈 요소(33)는 구현된다. 이에 따르면, 측정 눈금(10)을 마주보는 제1 렌즈 요소(33) 측으로부터 광학 축(34)에 평행한 제1 렌즈 요소(33)를 부딪치는 광(light)은 제1 렌즈 요소(33)를 통하여 초점(F1) 상에 집중된다. 이 경우에, 제2 영역(32.2)은 제1 렌즈 요소(33)의 광학 축(34)에 대한 각도(

)(< 90°)로 기울어진 제1 거울면(35)으로써 구현된다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 예에서 센서(40)는 블록(31)의 표면(32)의 제3 영역(32.3)(화살표(32.3)에 의해 식별되는)에 위치된다. 표면(32)의 제3 영역(32.3)은 각각 제3 영역(32.3) 또는 제1 거울면(35) 옆에, 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하는 블록(31) 측면 상에 위치된다.

도 5에서 추가로 나타난 바와 같이, 측정 눈금(10)을 마주보는 측면 상에서, 블록(31)은 제2 거울면(36)을 형성하는, 표면(32)의 제4 영역(32.4)(화살표(32.4)에 의해 식별되는)을 포함한다. 제4 영역(32.4)은 각각 제1 영역(32.1) 또는 제1 렌즈 요소(33) 옆에 배치된다.

본 예에서, 제1 거울면(35) 및 제2 거울면(36)은, 제1 렌즈 요소(33)를 통하여 광학 축(34)을 따라 블록(31) 내로 결합되고, 따라서 제1 거울면(35)에 도달하는 광은 최초에 제1 거울면에서 그 이후에 제2 거울면에서 반사되어, 마침내 표면(32)의 제3 영역(32.3)에서 블록(31)을 떠나고, 결과적으로 센서(40)의 표면(40.1)에 부딪친다. 이러한 사실을 시각화하기 위하여, 도 5는 광 빔의 경로를 도시하고, 예를 들면, 광 빔은 광학 축(34) 상의 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치고, 이러한 광 빔은 최초에 초점(F1)에서 제1 거울면(35)에 부딪치고, 제1 거울면(36)에서 반사 후에 점선(34.1)을 따라 제2 거울면(36)으로 이동하고, 제2 거울면에서 추가 반사 후에 점선(34.2)을 따라 제3 영역(32.3)으로 이동하고, 이어서 블록(32)으로부터 빠져나온 후에 센서(40)에 부딪친다. 광 빔의 광 경로는 제1 거울면(35)에서뿐만 아니라 제2 거울면(36)에서(즉, 전체 두 번) 일치하게 꺽인다.

측정 눈금(10)을 마주보는 제1 렌즈 요소(33)의 측면으로부터 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치는 광 빔 중에서 블록(31)을 통하여 이동할 때 제1 거울면(35)에 부딪치는 이러한 광 빔만 센서(40)의 표면(40.1)에 도달할 수 있도록 제1 거울면(35)은 광학 시스템을 통한 광 빔의 경로(광 경로)를 제한한다. 제1 거울면(35)이 제1 렌즈 요소(33)의 초점(F1)에 배치되는 사실 때문에, 제1 거울면(35)은 텔레센트릭 조리개(aperture) 효과를 가진다. 따라서 제1 거울면(35)의 외부 가장자리(양쪽 화살표(32.2)에 의해 도 5에서 표시된)는 이러한 조리개의 크기를 결정한다.

본 예에서, 측정 헤드(21)의 조명 장치(38)는 측정 눈금(10)의 영역(10.1)이 조명될 수 있는 광원(38.1)을 포함한다. 예를 들면, 발광 다이오드(LED)가 광원으로서 적합하다. 도 5에 나타난 바와 같이, 제1 렌즈 요소(33)의 광학 축(34)은 영역(10.1)의 중심을 통하여 이어지고, 따라서 측정 눈금(10)의 영역(10.1)의 이미지가 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성될 수 있고, 이러한 이미지는 센서(40)에 의해 캡처될 수 있다는 것이 보장된다.

광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 각도(θ) < 90°에서 측정 눈금(10)의 영역(10.1) 상에 속하도록(도 5의 점선(39)은 광원(38.1)에 의해 생성될 수 있는 광 빔의 방향을 명확하게 한다), 광원(38.1)은 블록(31) 옆에 배치된다. 이 경우에, 측정 눈금(10)의 영역(10.1)에 부딪치고 지향성 방식으로 그 위치에서 반사되는 광은 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치지 않고 따라서 센서(40)에 도달할 수 없도록, 각도(θ)는 선택된다. 이렇게 함으로써, 측정 눈금(10)의 영역(10.1)에 부딪치고 확산 방식(diffuse manner)으로 거기서 산란되는(광학 축(34)에 실질적으로 평행한) 광의 일부가 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치고 따라서 센서(40)에 도달할 수 있는 것이 최적으로 보장된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 측정 헤드(21)는, 광원(38.1)에 의해 생성될 수 있는 광에 불투명하고, 광원(38.1)과 블록(31) 사이에 배치된 다이아프램 바디(diaphragm body)(50)를 포함하여, 원하지 않는 산란광(scattered light)이 센서(40)에 도달하는 것을 방지한다.

본 예에서, 다이아프램 바디(50)는 블록(31), 조명 장치(38) 및 센서(40)를 지지하는 역할을 한다. 이를 위하여, 다이아프램 바디(50)는, 개별적으로 블록(31)이 위치되거나 위치될 수 있는 제1 챔버(50.1), 및 개별적으로 조명 장치(38)의 각각의 광원(38.1)이 위치되거나 위치될 수 있는 제2 챔버(50.2)를 포함한다.

측정 눈금(10)을 마주보는 측면 상에서, 제2 챔버(50.2)는 개구부(50.4)를 포함하고, 개구부(50.4)는, 측정 눈금(10)의 영역(10.1)이 조명 장치(38)의 광원(38.1)에 의해 제2 챔버의 이러한 개구부(50.4)를 통하여 조명될 수 있도록 배치된다. 측정 눈금을 마주보는 측면 상에서, 그에 맞춰, 제1 챔버(50.1)는 개구부(50.3)를 포함하고, 개구부(50.3)는, 텔레센트릭 광학 시스템(30)이 제1 챔버(50.1)의 이러한 개구부(50.3)를 통하여 측정 눈금(10)의 영역(10.1)의 각각 이미지를 생성할 수 있도록 배치된다.

게다가, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서(40)는 전자적 인쇄 회로 기판(45)에 부착되고, 인쇄 회로 기판(45)은 한편으로 센서(40)를 지지하는 역할을 하고, 예를 들면, (i) 센서의 전압 공급부, (ii) 센서의 신호를 처리하기 위한 전자적 회로, (iii) 조명 장치(38)의 광원(38.1)용 전류 공급부, (iv) 광원(38.1)의 조명 강도용 제어부, 및 (v) 언급된 전기적 또는 전자적 부품 사이의 연결을 보장하는 인터페이스를 포함하는 별개의 전기적 또는 전자적 부품(도 5에 도시되지 않음)이 각각 인쇄 회로 기판(45) 및 라인(46)을 통한 제어 유닛 상에 추가적으로 구비되어, 라인(46)을 통한 신호 및/또는 데이터의 교환을 제공하도록 한다.

도 5에 나타난 바와 같이, 인쇄 회로 기판(45)은 본 예에서, 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하는 블록(31) 측면 상에 배치되고, 블록(31)의 표면(32)의 제3 영역(32.3)에 실질적으로 평행하게 배향된다. 센서(40)는 블록(31)으로부터 이격되어 마주하는 인쇄 회로 기판(45)의 일 측면 상에 배치된다. 블록(31)을 통과하여 지나가고 표면(32)의 제3 영역(32.3)에서 블록(31)으로부터 빠져나오는 광이 센서(40)의 표면(40.1)에 도달할 수 있는 것이 가능하도록 하기 위하여, 인쇄 회로 기판(45)은 일부에서 블록(31)의 표면(32)의 제3 영역(32.3)의 반대편에 위치되는 연속적인 구멍(45.1)을 포함하고, 따라서 센서(40)의 표면(40.1)은 구멍(45.1)을 통하여 각각의 광에 의해서 접근될 수 있다.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 텔레센트릭 광학 시스템과 현재까지 이른 기술 수준에 따른 대응하는 텔레센트릭 광학 시스템의 특성 비교를 제공한다.

도 6a는 물체(O)(이 경우에 양쪽 화살표)와 결합한 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템(30)을 도시하고, 물체(O)는, 블록(31) 측면 상의 제1 렌즈 요소(33)에 일정 거리로 광학 축(34) 상에 배치되어, 제1 거울면(35)으로부터 이격되어 마주하고, 언급된 거리는, 텔레센트릭 광학 시스템(30)이 물체(O)의 (확대된) 실제 이미지(BO)를 블록(31)의 표면의 제3 영역(32.3)에서 생성하도록 선택된다. 게다가, 도 6a는 물체(O)에서 시작하여 텔레센트릭 광학 시스템(30)을 통하여 이미지(BO)로 이어지는 2개의 광 빔(L1, L2)의 경로(광 경로)를 도시한다. 본 예에서, 광 빔(L1, L2)은 물체(O)에서 시작하여 처음에 제1 렌즈 요소(33)로의 도중에는 광학 축(34)에 평행하게 이어져 제1 렌즈 요소(33)에 부딪친다. 도 6a로부터 알 수 있듯이, 광 빔이 제1 렌즈 요소(33)의 초점(F1)에서 제1 거울면(35)에 부딪쳐서 제1 거울면(35)에서 반사 및 제2 거울면(36)에서 반사 후에 이미지(BO)에 도달하도록 광 빔(L1, L2)은 제1 렌즈 요소(33)에서 블록(31) 내로 유입에 따른 방향을 변경한다. 블록(31)에서 광 빔(L1, L2)의 경로는 제1 거울면(35)과 이미지(BO) 사이에서 두 번 꺽인다는 사실 때문에, 이미지(BO)는 물체(O)를 마주보는 제1 렌즈 요소(33)의 표면에 대해 상대적으로 짧은 거리에서 생성된다.

도 6b는 예를 들면, 미국 등록특허 제7,186,969호에서 공지된 통상적인 텔레센트릭 광학 시스템(30A)과 결합한 도 6a에 따른 물체(O)를 도시한다. 동일한 구성은 도 6a 및 6b에서 각 경우에 동일한 참조 번호로 식별된다. 텔레센트릭 광학 시스템(30A)은 렌즈 요소(33')를 포함하고, 렌즈 요소(33')는 광학 축(34) 및 초점(F1), 및 광 불투과성 다이아프램(35˝)으로 구현되고 물체(O)에 이격되어 마주하는 렌즈 요소(33')의 측면 상의 초점(F1)에서 광학 축(34) 상에 배치된 개구부(35') 형태의 텔레센트릭 조리개를 포함한다. 도 6a에 따른 상황과 비교를 제공하기 위하여, 물체(O)는 도 6b의 경우에 광학 축(34) 상에 배치되고, 도 6a에 따른 물체(O)와 제1 렌즈 요소(33) 사이의 거리와 동일한 렌즈 요소(33')에 대한 거리를 포함하는 것으로 가정한다. 렌즈 요소(33')는 도 6a에 따른 제1 렌즈 요소(33)와 동일한 초점 거리를 가지는 것으로 추가로 가정한다. 이에 따르면, 도 6b의 경우에 물체(O)로부터 초점(F1)까지의 거리는 도 6a에 따른 물체(O)로부터 도 6a에 따른 초점(F1)까지의 거리와 동일하다. 도 6b로부터 알 수 있듯이, 텔레센트릭 광학 시스템(30A)은 언급된 조건하에서 도 6a에 따른 이미지(BO)와 동일한 크기를 가지는 실제 이미지(BO)를 생성한다. 텔레센트릭 광학 시스템(30A)의 경우에, 이미지(BO)는 렌즈 요소(33')로부터 이격되어 마주하는 다이아프램(35˝) 측면 상에 생성되고, 물체(O)와 비교하여 이미지(BO)가 더 클수록, 이미지(BO)는 다이아프램(35˝)에서 더 큰 거리를 포함한다.

최대 가능한 공간 해상도(spatial resolution)를 가진 센서로 각각의 이미지(BO)를 스캔할 수 있기 위하여, 각각의 센서는 텔레센트릭 광학 시스템(30, 30A)의 경우에 각각의 경우에 각각의 광학 시스템(30 또는 30A)이 개별적으로 각각의 이미지(BO)를 생성시키는 위치에 각각의 경우에 위치되어야 한다. 도 6a 및 6b로부터 알 수 있듯이, 텔레센트릭 광학 시스템(30)의 경우에, 이미지(BO)를 스캐닝하기 위한 각각의 센서는 제1 렌즈 요소(33)에 대한 거리, 즉, 도 6b의 렌즈 요소(33')와 이미지(BO)를 스캐닝하기 위한 대응하는 센서가 텔레센트릭 광학 시스템(30A)의 경우에 배치되어야 하는 위치 사이의 거리 보다 훨씬 짧은 거리로 배치될 수 있다. 따라서 텔레센트릭 광학 시스템(30) 및 이러한 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 이미지를 스캐닝하기 위한 센서(40)를 구성으로 하는 측정 헤드(30)가 텔레센트릭 광학 시스템(30A), 및 이러한 텔레센트릭 광학 시스템(30A)에 의해 생성되는 이미지를 스캐닝하기 위한 센서를 구성으로 하는 대응하는 측정 헤드보다 상당히 더 작게 되도록 설계될 수 있다. 후자는 특히, 광학 축 방향으로 측정 헤드(21)의 연장을 고려하여 적용한다.

도 7은 가이드 레일(2)의 길이 방향으로 표면(2.1)에 수직인 부분에 따른 측정 눈금(10)의 영역에서 가이드 레일(2)의 표면(2.1)의 높이 프로파일을 도시하고, 도 5에 따른 조명 장치(38)에 의해 측정 눈금(10)의 영역에 가이드 레일(2)의 표면(2.1)의 조명 효과를 설명한다. 도 7의 화살표(B)는 측정 눈금(10) 상에 입사되고 조명 장치(38)에 의해 생성될 수 있는 광 전파를 특징으로 하는 광 빔의 방향을 나타낸다. 이하, 가이드 레일(2)은, 현재까지 이른 기술 수준에 따른 리니어 가이드 시스템의 전형적인 가이드 레일(예를 들면, 강으로 만들어진)인 것으로 가정한다. 따라서 표면(2.1)은 그라인딩(grinding) 및/또는 밀링(milling)에 의해 가공되고, 예를 들면, 필요한 경우에 연마(polishing)에 의해 머신 마무리(machine-finished)될 수 있는 실질적으로 평면이다. 본 예에서, 측정 눈금(10)의 각각의 마커(11) 또는 기준 마커(12)는 각각의 가이드 레일(2)의 표면에 직접적으로 부착되고, 예를 들면, 각각의 표면을 국부적으로 가공함으로써 레이저 빔에 의해 생성될 수 있다. WO 2005/033621에서 공지된 바와 같이, 레이저 빔에 의한 전술한 타입의 표면의 부분 영역의 가공은 한편, 함몰부가 가공된 부분 영역에서 형성되는(표면의 가공되지 않은 영역과 비교하여) 효과를 가진다. 게다가, 레이저 빔에 의한 각각의 표면의 가공은, 광 반사에 관한 표면 특성의 변경을 다음과 같이 야기한다. 레이저 빔에 의해 가공되지 않은 표면 영역은, 입사하는 광 빔을 반사하는 평면 거울과 같이 지향성 방식으로 표면에 대해 특정 (입사) 각도(θ) 하에 작용하여, 각각의 반사된 광이 표면에 대해 일정 (반사) 각도로 상기 각도가 (입사) 각도(θ)(반사 법칙)와 동일하게 일 방향으로 전파하도록 하고, 그러나, 레이저 빔에 의해 가공되는 표면의 부분 영역은 입사광의 어떠한 작은 지향성 반사도 야기하지 않거나 입사광의 단지 작은 지향성 반사를 야기하여, 입사광의 확산 반사(diffuse reflection)를 주로 야기하고, 즉, 각각의 부분 영역은 지향성 방식으로 입사하는 광을 모든 방향으로 확산되게 산란한다. 따라서 측정 눈금(10)의 마커(11)는 표면(2.1)에서 구현되는 함몰부로써 도 7에서 식별될 수 있다(기준 마커(12)는 도시되지 않았지만, 마커(11)와 동일한 높이 프로파일을 가진다). 도 7에서 (점선) 화살표(BR)는, 각각 마커(11) 또는 기준 마커(12)를 접하는 표면(2.1) 영역에서 반사각(θ) 하에 지향성 방식으로 반사되는 각각의 반사된 광을 나타낸다. 도 7의 화살표(BS)는, 마커(11) 영역에서(그리고, 그에 따라 도시되지 않은 기준 마커(12) 영역에서) 입사광(B)을 생성시키는, 확산되게 산란되는 광의 전파 방향을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 마커(11)에서 확산되게 산란되는 광(BS)의 일부는 표면(2.1)에 수직으로 따라서 제1 렌즈 요소(33)의 광학 축(34) 방향으로 전파되어, 각각의 마커(11)에서 확산되게 산란되는 광(BS)의 일부가 제1 렌즈 요소(33)에 침투될 수 있다.

지향성 방식으로 반사되는 광(BR)이 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치지 않도록 조명 장치(38)에 의해 생성될 수 있는 광(B)의 입사각(θ)을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 조건은, 예를 들면, 약 45°의 입사각(θ)으로 충족될 수 있다. 언급된 조건 하에서, 각각의 마커(11) 또는 기준 마커(12)와 접하는 표면(2.1) 영역은 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 측정 눈금(10)의 이미지에서 어둡고 각각의 마커(11) 또는 기준 마커(12)만 광 영역으로서 나타난다. 따라서 텔레센트릭 광학 시스템(30)은 특히 마커(11) 또는 기준 마커(12)의 높은 콘트라스트 이미지를 생성시킨다.

도 8은 측정 헤드(21)의 센서(40)의 개략도를 (블록 다이아그램의 형태로) 도시한다. 센서(40)는 이하 구성을 포함한다.

- 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 이미지를 공간적으로 분해된 방식으로 캡처하기 위한 감광성 표면(41)(photosensitive surface)으로서, 본 예에서, 감광성 표면(41)은 서로에 대해 평행하게 배치된 4개의 센서 라인(P1, P2, P3, P4) 및 센서 필드(P5)를 구비한 광검출기(픽셀)의 배치를 포함하고, 센서 라인(P1, P2, P3, P4)은 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 증분 트랙(11')의 마커(11)의 이미지를 캡처하는 역할을 하고, 센서 필드(P5)는 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 기준 트랙(12')의 기준 마커(12)의 이미지를 캡처하는 역할을 하고 이하의 특징을 가진다. 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, P4)은 각각의 센서 라인의 길이 방향으로 광 강도의 공간적 분포를 캡처하고, 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 각각의 경우에 하나의 (통상적으로 아날로그) 신호(S1, S2, S3, 또는 S4)를 개별적으로 (이러한 순서로) 제공하고, 상기 신호(S1, S2, S3, 또는 S4)는 개별적으로 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)에 의해 개별적으로 캡처되는 광 강도 분포를 나타낸다. 센서 필드(P5)는 센서 필드(P5) 상의 광 강도의 공간적 분포를 캡처하는 광검출기(픽셀)의 2차원 배치로 구성되고, 센서 필드(P5)는 캡처된 광 강도 분포를 나타내는 신호(S5)를 제공한다.

- 신호(S1, S2, S3, S4)를 처리하기 위한 전자 회로(42)로서, 상기 전자 회로는 각각의 신호(S1, S2, S3, 또는 S4)를 수신하기 위한 4개의 라인 및 센서 필드(P5)의 신호(S5)를 수신하기 위한 하나의 라인을 통하여 감광성 표면(41)에 연결되고, 각각의 신호(S1, S2, S3, S4, S5)의 전자적 처리(예를 들면, 증폭 및/또는 각각의 신호(S1, S2, S3, S4)의 선형화 및/또는 바람직하지 않은 전기적 DC 전압 수치의 보정)를 수행하고, 각각의 신호(S1, S2, S3, S4, 또는 S5)에 대응하게 처리된 신호(S1', S2', S3', S4', 또는 S5')를 개별적으로 제공한다.

- 신호(S1', S2', S3', S4', S5')의 평가에 의해 측정 눈금(10)에 대한 센서(40)의 위치를 결정하기 위한 전자 회로(43)로서, 전자 회로(43)는 각각의 신호(S1', S2', S3', 또는 S4')를 수신하기 위한 4개의 라인 및 신호(S5')를 수신하기 위한 추가 라인을 통하여 전자 회로(42)에 연결된다.

게다가, 도 8에 나타난 바와 같이, 전자 회로(43)는 제1 디지털 출력 채널(44.1) 및 제2 디지털 출력 채널(44.2)을 가지는 인터페이스(44)를 포함한다. 제1 디지털 출력 채널(44.1)을 통하여, 전자 회로(43)는, 신호(S1', S2', S3', S4')의 평가에 의해 결정된 증분 트랙(11')에 대한 센서(40)의 위치를 인코드(encode)하는 디지털 출력 신호(A1)를 제공한다. 제2 디지털 출력 채널(44.2)을 통하여, 전자 회로(43)는, 신호(S5')의 평가에 의해 결정된 기준 트랙(12')에 대한 센서(40)의 위치를 인코드하는 디지털 출력 신호(A2)를 제공한다. 출력 신호(A1, A2)는 각각의 디지털 출력 채널(44.1 또는 44.2)을 통하여 제어 유닛에 의해 접근될 수 있고, 따라서 제어 유닛에 의해 사용될 수 있다.

센서(40)의 기능 및 특히, 전자 회로(43)의 기능은 도 9에 의해서 더욱 상세하게 이하 정의된다. 도 9는 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 측정 눈금(10) 이미지의 투영을 센서(40)의 감광성 표면(41) 상에 도시한다. 각각의 마커(11) 또는 기준 마커(12)에서 확산되게 반사되는 광만 제1 렌즈 요소(33)에 도달하여 각각의 마커(11) 또는 기준 마커(12)만 생성된 이미지에서 보이도록(도 7 관련된 명세서에서 설명된 바와 같이) 측정 눈금(10)은 조명 수단(38)에 의해서 조명되는 것으로 이 명세서에서 가정된다. 도 9에서, B11으로 식별되는 각각의 표면은 증분 트랙(11')의 마커(11)의 각각의 생성된 이미지를 나타내고, B12로 식별되는 각각의 표면은 기준 트랙(12')의 기준 마커(12)의 각각의 생성된 이미지를 나타낸다.

이 경우에, 텔레센트릭 광학 시스템(30)은 센서(40)의 감광성 표면(41) 상에 측정 눈금(10)의 확대된 이미지를 투영하는 것으로 가정된다. 측정 눈금(10)의 각각의 이미지는, 예를 들면, 측정 눈금(10)에 비교되는 인자(2.5)(또는 다른 인자에 의해)에 의해 확대될 수 있었다. 확대된 이미지의 경우에, 확대되지 않는 이미지를 캡처하도록 설계된 대응하는 센서보다 더 큰 표면을 각각 가지는 센서 라인(P1, P2, P3, P4) 또는 센서 필드(P5)는 각각의 경우에 이미지를 캡처하는데 사용될 수 있다. 후자는 신호(S1, S2, S3, S4, S5)의 향상된 신호 노이즈비를 야기하고, 예를 들면, 전자 회로(43)에 의해 (미리 정해진 시간에서) 더욱 정확하게 또는 (미리 정해진 정확도에 대응하여) 더욱 신속하게 평가될 수 있도록 하는 각각의 신호(S1', S2', S3', S4', 또는 S5') 조건을 제공한다.

도 9에서 나타난 바와 같이, 표면(B11)은, 주기(LS)(양쪽 화살표에 의해 도 9에서 식별되는)로 증분 트랙(11')의 길이 방향으로 배치되는 직선 라인의(도 9에서 수평으로 배향되는) 주기적 분할을 형성하고, 표면(B11)은 실질적으로 직사각형 방식으로 구현되고, 증분 트랙(11')의 길이 방향에 수직으로 배향되는 길이 방향 축을 포함한다. 도 9에 추가로 나타난 바와 같이, 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 또한 각각 실질적으로 직사각형 형태를 가지고, 각각의 경우에 증분 트랙(11')의 길이 방향에 수직으로 배향되는 길이 방향 축을 포함한다. 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 각각의 경우에 동일한 표면을 더 포함하고, 각각의 경우에 증분 트랙(11')의 길이 방향에 대하여 서로 인접하여 배치되고, 인접한 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 각각의 경우에 서로에 대해 동일한 거리로 각각 배치된다.

도 9에 나타난 바와 같이, 증분 트랙(11')의 길이 방향으로 모든 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)의 전체적으로 너비가 표면(B11)의 배치의 주기(LS)에 대응하도록 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)의 크기는 선택된다. 이에 따라서, 센서 라인(P1, P2, P3, P4)는 표면(B11)의 배치의 주기를 4개의 동일한 부분으로 분할한다. 도 9에서 알 수 있듯이, 기준 트랙(12')의 기준 마커(12)의 각각의 이미지, 즉 표면(B12)도 캡쳐할 수 있도록, 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)의 크기가 또한 선택된다.

텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 측정 눈금(10)의 이미지를 캡처하기 위하여, 측정 헤드(21)는 측정 눈금(10)의 길이 방향으로 이동되고, 따라서 센서(40)의 감광성 표면(41)의 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 증분 트랙(11')의 이미지의 표면(B11)에 대해 이동되고, 센서(40)의 감광성 표면(41)의 센서 필드(P5)는 기준 트랙(12')의 이미지의 표면(B12)에 대해 각각의 트랙의 길이 방향으로 예를 들면, 도 9에 따른 화살표(60)의 방향으로 이동된다.

각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)이 증분 트랙(11')의 표면(B11)에 대해 화살표(60) 방향으로 이동되는 경우에, 각각의 센서 라인(P1, P2, P3, 또는 P4)은 각각의 경우에 측정 헤드(21)의 위치 함수로서 사인 곡선 방식으로 변하는 신호(S1, S2, S3, S4)를 생성하고, 각각의 신호(S1, S2, S3, 또는 S4)의 경로는 주기적으로 동일하게 길이(LS)의 거리로 매번 통과하는 위치 함수로서 각각 반복된다. 또한, 신호(S1, S2, S3, 또는 S4)는 다른 신호(S1, S2, S3, 또는 S4) 사이의 위상 차이를 제외하고는 각각의 경우에 동일하다. 신호(S4)와 비교하여 신호(S3)는 90°의 위상 차이를 가지고, 신호(S4)와 비교하여 신호(S2)는 180°의 위상 차이를 가지고, 신호(S4)와 비교하여 신호(S1)는 270°의 위상 차이를 가진다. 신호(S1, S2, S3, 또는 S4) 사이의 각각의 위상 차이는 이와 같이 알려져 있다는 사실 때문에, 각각의 경우에 전자 회로(43)는 다른 신호(S1', S2', S3', S4')를 캡처할 수 있고 그들을 서로 비교할 수 있고 측정 헤드의 각각의 위치를 예를 들면, 서로에 대해 90°만큼 위상 전이된 2개의 다른 신호로부터 보간(interpolation)에 의해 증분 트랙(11')의 인접한 마커(11)의 거리보다 더 작은 부정확성으로 결정할 수 있다.

전자 회로(43)는 구형파(square wave) 신호의 시퀀스(sequence)를 형성하는 신호(A1)의 형태로 증분 트랙(11')의 스캐닝에 대응하여 센서가 연속적으로 통과하는 각각의 결정된 위치를 인코드할 수 있고, 각각의 경우에, 각각의 구형파 신호의 측면은 각각의 마커(11)에 대해 미리 정해진 위치를 특성화한다.

센서 필드(P5)가 기준 트랙(12')의 표면(B12)에 대해 화살표(60) 방향으로 이동되는 경우에, 센서 필드(P5)의 광검출기는 표면(B12)을 가로지르는 이동에 대응하여 각각의 표면(B12)에 대한 센서 필드(P5)의 위치 함수로써 변경하는 신호(S5)를 생성시킨다. 또한, 전자 회로(43)는, 표면(B12)에 할당되어 있는 신호(S5)를 평가하도록 설계되고, 이러한 평가로부터 기준 마커(12) 중 하나에 대한 각각의 센서(40) 또는 센서 필드(P5)의 변위를 결정하도록 설계된다. 전자 회로(43)는, 센서 필드(P5)가 기준 트랙(12')에 대해 가정하는 위치를 신호(S5')의 평가에 의해 결정하고, 인터페이스(44)에 의해 제2 디지털 출력 채널(44.2)을 통하여 출력될 수 있는 디지털 신호(A2)의 형태로 각각의 결정된 위치를 인코드한다.

도 10은 본 발명에 따른 위치 결정 장치(5)의 제2 실시예를 도시한다. 이 실시예는, 각각의 특징부에 대하여 도 5에 따른 실시예와 동일하고, 동일한 구성은 각각의 경우에, 도 5 및 10에서 동일한 참조 번호로 특징이 된다. 도 10에 따른 실시예는 도 5에 따른 실시예와 동일한 측정 눈금(10)(가이드 레일(2)의 표면에서 구현된) 및 측정 눈금(10)을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드(21A)를 포함한다. 도 10에 따른 측정 헤드(21A)는, 도 5에 따른 블록(31)이 한편으로 블록(31)과 동일한 기능을 수행하지만 측정 눈금 영역(10.1)을 조명하기 위해 제공하는 조명 장치(38)의 광이 블록(31A)을 통하여 가이드 될 수 있는 기능을 추가적으로 제공하는 블록(31A)으로 교체된 점에서, 도 5에 따른 측정 헤드(21)와 실질적으로 다르다. 도 5에 따른 실시예에서 벗어나서, 조명 장치(38)를 배치하고, 조명 장치에 의해 생성되는 광의 전파를 측정 눈금(10) 영역(10.1)에서 충돌하는 또 다른 가능성이 이것을 통하여 생성된다.

도 10에 나타난 바와 같이, 블록(31A)은 블록(30)에 구조적으로 대응하고, 도 5에 따른 텔레센트릭 광학 시스템(30)을 형성하는 블록(30)의 모든 구조적인 구성: 광학 축(34) 및 초점(F1)을 포함하는 블록(31A)의 표면(32)의 제1 영역에 배치되는 제1 렌즈 요소(33), 텔레센트릭 조리개로서 역할하고 광학 축(34)에 대해 경사진 제2 영역(32.2)에 배치된 제1 거울면(35), 제4 영역(32.4)에 배치된 제2 거울면(36), 및 제1 거울면(35)에 인접하여 배치되고, 센서(40)가 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의하여 생성되는 측정 눈금(10)의 이미지를 캡처하도록 배치될 수 있는 표면(32)의 제3 영역(32.3)을 실질적으로 포함하는 영역(도 10에서 블록(31A)의 좌측 편 상에)을 포함한다.

본 예에서, 센서(40)는 블록(31A)의 측면 상에 배치되고, 블록(31A)의 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하고, 도 5에 따른 인쇄 회로 기판(45)에 구조적으로 기능적으로 대응하는 전자 인쇄 회로 기판(45)에 부착된다.

도 10에 나타난 바와 같이, 블록(31A)은 텔레센트릭 광학 시스템(30)을 형성하는 영역에 바로 인접한 추가 영역(도 10에서 블록(31A)의 우측 편 상에)을 포함하고, 상기 추가 영역은 조명 장치(38)에 의하여 생성되는 광을 측정 눈금(10) 영역(10.1)으로 가이드하는 역할을 하고, 따라서, 적어도 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광이 블록(31A) 내로 결합될 수 있는 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.5) 및 광이 블록(31A)으로부터 해제될 수 있는 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.6)을 포함한다.

이 경우에, 제3 영역(32.3)과 같이 표면(32)의 영역(32.5)은 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하는 블록(31A)의 측면 상에 배치된다. 이것은, 도 10에 나타난 바와 같이, 조명 장치(38)는 인쇄 회로 기판(45)에 부착될 수 있고, 따라서 인쇄 회로 기판(45), 센서(40) 및 조명 장치는 측정 헤드(21A) 내로 전체로써 조립될 수 있고 전체로써 교체될 수 있는 단일 전자 부품을 형성하는 장점을 가진다. 특히, 조명 장치(38)의 모든 전기적 연결부, 전류 공급부, 조명 장치(38)를 제어하기 위한 장치가 예를 들면, 인쇄 회로 기판(45) 상에 배치될 수 있어 조명 장치의 별개의 조립체(인쇄 회로 기판(45) 및 센서(40)의 조립체와 독립된)가 불필요할 수 있기 때문에, 후자는 측정 헤드(21A)의 단순화된 조립체를 야기한다.

본 예에서, 조명 장치(38)는 하나 이상의 광원(38.1)(예를 들면, 발광 다이오드)을 포함하고, 하나 이상의 광원(38.1)은 각각의 광원(38.1)에 의해 생성될 수 있는 광이 측정 눈금(10)을 향하는 방향으로 인쇄 회로 기판에 수직으로 조사되도록 배치된다. 도 10에 나타난 바와 같이, 인쇄 회로 기판(45)은 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.5)에 대향하여 위치되는 영역에서 연속적인 구멍(45.2)을 포함하고, 상기 구멍은, 각각의 광원(38.1)에 의해 생성될 수 있는 광이 이러한 구멍(45.2)을 통하여 조사될 수 있고, 영역(32.5)에서 블록(31) 내로 결합될 수 있도록 위치된다. 도 10에서 점선(39)은 광원(38.1)으로부터 빠져나오는 광 빔의 경로를 나타낸다.

인쇄 회로 기판(45)이 만들어지는 물질이 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광에 투명한 경우에, 생성된 광이 인쇄 회로 기판(45) 내로 결합되어 인쇄 회로 기판을 통하여 센서(40)로 가이드 될 수 있는 것을 방지하기 위하여 필요한 경우에, 흡수성 물질 또는 반사 물질의 층(45.3)에 의해 구멍(45.2)에서 인쇄 회로 기판(45)의 적어도 일 영역을 커버하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 조치는 원하지 않는 산란광이 인쇄 회로 기판(45)을 통하여 센서(40)에 도달하여 센서(40) 기능에 부정적인 영향을 끼칠 수 있는 것을 방지할 수 있다.

도 10의 광 빔(39)의 경로에 의해 나타나는 바와 같이, 본 예에서, 각각의 광원(38.1)에 의해 생성되는 광은 제1 렌즈 요소(33)의 광학 축(34)에 실질적으로 평행하게 블록(31A) 내로 결합되고, 반사면으로써 구현되고 광학 축(34)에 대해 경사진 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.7)에 부딪쳐서, 블록(31A) 내로 결합된 광은 영역(32.7)에서 반사되어 영역(32.6)에서 블록(31A)을 떠나 입사각(θ) < 90°하에서 측정 눈금(10) 영역(10.1)에 도달하게 된다. 광 빔(39)의 반사가 전체 반사에 의해 표면(32) 영역(32.7)에서 발생하도록 표면(32) 영역(32.7)은 배치될 수 있다. 본 예에서, 지향성 방식으로 영역(10.1)에서 반사되는 광이 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치지 않도록(도 5에 따른 실시예의 경우와 같이), 입사각(θ)은 바람직하게 선택된다.

도 10에서 추가로 나타난 바와 같이, 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.6)은 만곡을 포함하고, 따라서 영역(32.6)은 렌즈 요소(65)를 형성한다. 본 예에서 영역(32.6)은 볼록하게 만곡된다. 예를 들면, 렌즈 요소(65)가 블록(31A)으로부터 각각 해제되거나 영역(10.1) 상에 집중하는 광을 조준하도록(collimate), 영역(32.6)이 구현될 수 있다.

조명 장치(38)는 영역(10.1)에서 측정 눈금(10)의 증분 트랙(11') 뿐만 아니라 기준 트랙(12')을 조명할 수 있도록 설계된 단일 광원(38.1)을 포함할 수 있다. 또는, 조명 장치(38)는 각각의 경우에 별개의 광원(38.1)이 측정 눈금(10)의 다른 영역을 조명하도록 배치되는 복수의 광원(38.1)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 각각의 경우에서 증분 트랙(11') 및 기준 트랙(12')은 별개의 광원(38.1)으로 조명될 수 있다. 따라서, 복수의 별개 렌즈 요소(65)가 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.6)에 구현될 수 있고, 따라서 별개 광원(38.1)의 광은 각각의 경우에 별개의 렌즈 요소(65)를 통하여 블록(31A)으로부터 해제될 수 있다.

도 10에 따르면, 블록(31A)은 일측에서 광학 축(34) 방향으로 연장하고 타측에서 도 10의 도면 평면에 수직이고, 텔레센트릭 광학 시스템(30)과 블록(31A) 표면(32)의 영역(32.5) 사이에 배치된 그루브(31.1)(groove)를 (선택적으로) 포함할 수 있다. 그루브(31.1)는, 블록(31A) 내로 결합되는 각각의 광원(38.1)의 광에 대하여 텔레센트릭 광학 시스템(30)을 절연시키고, 따라서 원하지 않는 산란광이 블록(31A)을 통하여 센서(40)에 도달할 수 있었던 것을 방지한다. 광을 반사 또는 흡수하는 물질이 그루브(31.1)에 추가적으로 위치될 수 있다. 후자는 원하지 않는 산란광에 대한 텔레센트릭 광학 시스템(30)의 언급된 절연을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 위치 결정 장치(5)의 제3 실시예를 도시한다. 복수의 특징부에 대하여, 이 실시예는 도 10에 따른 실시예와 동일하고, 동일한 구성은 각각의 경우에, 도 10 및 11에서 동일한 참조 번호로 식별된다.

도 11에 따른 실시예는 도 10에 따른 실시예와 동일한 측정 눈금(10)(가이드 레일(2)의 표면에서 구현된) 및 측정 눈금(10)을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드(21B)를 포함한다. 도 11에 따른 측정 헤드(21B)는, 도 10에 따른 블록(31A)이 블록(31B)으로 교체된 점에서, 도 10에 따른 측정 헤드(21A)와 실질적으로 다르고, 한편으로는 블록(31B)은 블록(31A)과 실질적으로 동일한 기능을 수행하여, 즉, 측정 헤드(21B)는 측정 눈금의 영역(10.1)을 조명하는 역할을 하는 조명 장치(38)의 광이 블록(31B)을 통하여 가이드 될 수 있고 이러한 목적으로 블록(31B)의 일 영역에서 블록(31B) 내로 결합될 수 있고 블록(31B)의 타 영역에서 블록(31B)에서 해제될 수 있는 기능을 또한 제공한다.

도 11에 따른 측정 헤드(21B)는, 조명 장치(38)의 광이 블록(31B) 내로 결합되는 방법이 실질적으로 측정 헤드(21A)와 다르다. 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광의 블록(31B) 내로의 결합에 관계되지 않은 측정 헤드(21B)의 이러한 구성은 측정 헤드(21A)의 대응하는 구성과 동일하다. 특히, 측정 헤드(21A) 및 측정 헤드(21B)는 동일한 텔레센트릭 광학 시스템(30), 동일한 센서(40), 동일한 인쇄 회로 기판(45) 및 동일한 조명 장치(38)에 관한 것이다.

도 11에 나타난 바와 같이, 측정 헤드(21B)는 광도체(light conductor)(70)를 포함하고, 광도체(70)는, 광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 광도체(70)를 통하여 블록(31B) 내로 결합될 수 있도록 배치된다. 본 예에서, 광도체(70)는 직사각형이 되도록 구현되고 구멍(45.3)에 배치된 일 단부를 포함하여, 각각의 광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 광도체(70)의 이러한 단부 내로 결합되고 광도체(70)의 타 단부로 가이드 되도록 한다. 광도체(70)의 이러한 타 단부에서, 광은 광도체(70)로부터 빠져나갈 수 있고, 측정 눈금(10)의 영역(10.1)의 방향으로 블록(31B) 표면(32)의 영역(32.6)에서 해제될 때까지 블록(31B) 내에서 전파될 수 있다.

도 11에서, 점선(39)은 광원(38.1)으로부터 빠져나와 블록(31B)을 통하여 측정 눈금(10)의 영역(10.1)까지 이르는 광 빔의 경로를 나타낸다. 도 11에서 알 수 있듯이, 광도체(70)로부터 빠져나오는 광은, 반사면으로써 구현되고 광도체(70)로부터 빠져나오는 광이 영역(32.7)에서 반사되도록 광학 축(34)에 대하여 경사진 블록(31B) 표면(32)의 영역(32.7)에 부딪쳐서, 광이 영역(32.6)에서 블록(31B)을 떠나 입사각(θ) < 90°하에 측정 눈금(10)의 영역(10.1)에 도달되도록 한다.

도 11에서 추가로 나타난 바와 같이, 블록(31B) 표면(32)의 영역(32.6)은 만곡을 포함하고, 따라서 영역(32.6)은 렌즈 요소(65)를 형성한다. 본 예에서, 영역(32.6)은 볼록하게 만곡된다. 예를 들면, 렌즈 요소(65)가 블록(31B)으로부터 해제되거나 영역(10.1) 상에 집중하는 반사광을 조준하도록, 영역(32.6)이 구현될 수 있다.

광도체(70)는 다른 방식으로 구현될 수 있다. 광도체(70)는 예를 들면, 리세스(31.2)에 위치되고 블록(31B)에서 구현되는 별개의 구성이 될 수 있다. 대안적으로, 광도체(70)는 또한 블록(31B)에 일체화될 수 있고, 따라서 블록(31B)은 광도체(70)를 구비한 일체형 구성을 형성한다.

도 11에 따른 도시에서 벗어나서, 광도체(70)는 직사각형 방식으로 구현될 필요는 없다. 또한, 광도체(70)는 커브된 만곡을 따라 각각의 광원(38.1)의 광을 가이드할 수 있고, 예를 들면, 광도체의 일 단부는 각각의 광원(38.1)에 배치되고, 광도체의 타 단부는 각각의 렌즈 요소(65)에 배치된다. 이러한 경우에, 광원(38.1)의 광은 광도체에 의해서 렌즈 요소(65)까지 가이드될 수 있다.

블록(31, 31A, 31B)은 각각의 경우에, 예를 들면, 사출 성형 또는 사출 압축에 의해서 플라스틱의 일체형 구성으로서 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 통상적인 성형 장치가 사출 성형 또는 사출 압축에 의한 제조를 위해 실질적으로 사용될 수 있다. 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성되는 이미지의 질에 영향줄 수 있는 각각의 블록의 이러한 표면 영역(즉, 예를 들면, 영역(32.1, 32.2, 32.4, 32.6))이, 특히 높은 정밀도로 그리고 특히 낮은 거칠기로 성형될 수 있도록 하기 위하여, 각각의 성형 장치는 개별적인 인서트가 구비될 수 있고, 개별적인 인서트의 표면은 특히 높은 정밀도로 가공되고 각각의 블록의 언급된 표면 영역을 성형하기 위하여 구체적으로 설계된다. 이러한 인서트는, 예를 들면, 금속으로 만들어진 소재를 다이아몬드 공구로 가공함으로써(예를 들면, 다이아몬드 절삭에 의해서) 제조될 수 있다.

각 경우에 거울면 또는 반사면으로써 각각 구현되는 블록(31, 31A, 31B) 표면의 이러한 영역(즉, 예를 들면, 영역(32.2, 32.4, 32.7))은 블록(31, 31A, 31B) 표면의 각 영역의 반사율을 증가시키는 코팅이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(5)는 이하 기준을 고려하여 최적화될 수 있다.

a) 텔레센트릭 광학 시스템(30)은, 텔레센트릭 조리개의 크기, 즉 제1 거울면(35)의 크기의 함수인 초점 깊이를 포함하는 측정 눈금(10)의 이미지를 발생시키고(이미 언급한 바와 같이), 조리개의 표면이 더 작을수록, 초점 깊이가 더 크다.제1 거울면(35)의 표면이 더 작을수록, 각각의 측정 헤드(21, 21A, 또는 21B)의 미리 정해진 거리가 각각 측정 눈금의 스캐닝에 대응하여 측정 눈금(10)에 대해 유지되어야 하는 공차가 따라서 커진다. 반면에, 제1 거울면(35)의 표면이 더 클수록, 센서(40)의 신호(S1, S2, S3, S4) 및 그에 따른 신호(S1, S2, S3, S4)의 각각의 신호 노이즈비가 커진다(조명 장치(38)에 의해 생성되는 광의 미리 정해진 강도의 경우에). 결국, 신호(S1, S2, S3, S4)의 각각의 신호 노이즈비는, 결정되어야 하는 각각의 위치가 미리 정해진 시간 간격으로 식별될 수 있는 정확도를 결정한다. 따라서, 제1 거울면(35)의 광학 크기는 텔레센트릭 광학 시스템(30)의 초점 깊이를 최대화하려는 요구와 센서(40)의 신호(S1, S2, S3, S4)의 신호 노이즈비를 최대화하려는 요구 사이의 절충으로서 인식될 수 있다.

b) 언급된 형태의 측정 눈금(10)(즉, 측정 눈금의 마커가 레이저 빔에 의해 가이드 레일의 표면을 가공함으로써 생성되는 측정 눈금)의 경우에, 측정 눈금(10)은 각 마커의 특성에 대하여(특히, 각 마커의 반사율에 대하여) 전체 길이에 걸쳐서 불균등을 드러낼 수 있다. 결과적으로, 신호(S1, S2, S3, S4, S5)가 측정 눈금(10)에 대한 각 측정 헤드의 각각의 위치와 관련된 변동을 포함할 수 있다. 이러한 변동은, 예를 들면, 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광의 강도의 조절에 의해서 또는 각각의 신호(S1, S2, S3, S4, S5)를 증폭시키기 위한 전자적 증폭기(예를 들면, 전자 회로(42)에 포함되는)의 각각의 증폭의 조절에 의해서 보상될 수 있다.

c) 측정 눈금(10) 상에 임의로 분포될 수 있는 오염물(예를 들면, 오일 필름, 연마 입자 또는 다른 입자들)은, 필요하다면 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광을 제1 렌즈 요소(33) 상으로 산란시킨다. 각각의 신호(S1, S2, S3, S4, S5)의 신호 노이즈비는 이것을 통하여 감소될 수 있다. 오염물의 부정적인 영향은 무엇보다도 각각의 오염 입자의 크기에 의존한다. 일반적으로, 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광의 파장이 더 커질수록, 오염물에 의해 야기되는 산란광의 강도는 더 작다. 반면에, 신호(S1, S2, S3, S4)의 크기는 센서(40)의 감광성 표면(41)의 각각의 스펙트럼 감도에 의존한다. 따라서 조명 장치(38)에 의해 생성되는 광의 파장(λ)의 최적의 크기는, 오염물에 의해 야기되는 산란광의 강도를 최소로 줄이려는 요구와 센서(40)의 감광성 표면(41)의 스펙트럼 감도를 최대화하려는 요구 사이의 절충으로서 인식될 수 있다. 센서(40)의 감광성 표면(41)이 통상적인 실리콘 기술을 기초로 만들어지면, 700nm < λ < 900nm의 최적의 파장 범위가 이러한 경우의 결과를 가져온다.

전술한 기준 최적화를 고려하여, 본 발명에 따른 장치(5)는, 측정 눈금의 길이 방향으로 5m/s의 각각의 측정 헤드(21, 21A, 또는 21B)의 속도에 대응하여 100nm의 정확도로 측정 눈금(10)에 대하여 각각의 측정 헤드(21, 21A, 또는 21B)의 위치의 결정을 허용한다. 이것에 의해, 각각의 경우에, 마커(11)는 예를 들면, 5-10㎛의 측정 눈금(10)의 길이 방향으로 연장을 가지고 10-20㎛ 거리로 서로에 대해 배치되는 것으로 가정된다. 측정 눈금(10)에 대한 각각의 광학 시스템(30)의 미리 정해진 거리가 약 ±110㎛의 공차로 측정 눈금(10)의 광학적 스캐닝에 대응하여 유지되도록, 제1 거울면(35)의 크기가 선택되는 것으로 또한 가정된다.

2 제1 바디 3 제2 바디
5 위치 결정 장치 10 측정 눈금
11 마커 12 기준 마커
11' 증분 트랙 12' 기준 트랙
21, 21A, 21B 측정 헤드 30 텔레센트릭 광학 시스템
31, 31A, 31B 블록 33 제1 렌즈 요소
32.1 제1 영역 32.2 제2 영역
34 광학 축 35 조리개
38 조명 장치 38.1 광원
40 센서 50 다이아프램 바디
70 광도체
S1, S2, S3, S4, S5 신호

Claims

위치를 표시하기 위한 하나 이상의 마커(11, 12)를 포함하는 측정 눈금(10), 및 상기 측정 눈금(10)에 대해 이동될 수 있고 상기 측정 눈금(10)을 광학적으로 스캐닝하기 위한 측정 헤드(21, 21A, 21B)를 포함하는 위치 결정 장치(5)로서,
상기 측정 헤드(21, 21A, 21B)는, 상기 측정 눈금(10)의 이미지를 생성하기 위한 텔레센트릭 광학 시스템(30), 및 상기 측정 눈금(10)의 이미지를 캡처하고 신호(S1, S2, S3, S4, S5)를 제공하기 위한 센서(40)를 포함하고, 상기 신호는 상기 측정 눈금(10)에 대한 상기 측정 헤드(21, 21A, 21B)의 위치를 결정하는 것을 가능하게 하고,
상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)은, 상기 측정 눈금(10)에 일정 거리로 배치되고 광학 축(34)을 포함하는 제1 렌즈 요소(33), 및 상기 측정 눈금(10)으로부터 이격되어 마주하고, 상기 제1 렌즈 요소(33)의 일 측면 상의 상기 제1 렌즈 요소(33)의 초점(F1)에 배치되는 조리개(35)를 포함하고,
상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)은 표면(32)을 구비한 블록(31, 31A, 31B)을 포함하고,
상기 제1 렌즈 요소(33)는 상기 블록(31, 31A, 31B)의 일체형 구성이고, 상기 블록(31, 31A, 31B)의 상기 표면(32)의 제1 영역(32.1)이 상기 제1 렌즈 요소(33)의 표면을 형성하고,
상기 조리개는, 상기 블록(31, 31A, 31B)의 상기 표면(32)의 제2 영역(32.2)에서 구현되고 상기 제1 렌즈 요소(33)의 상기 광학 축(34)에 대해 (
< 90°) 경사진 제1 거울면(35)의 형태로 실현되는 것을 특징으로 하는, 위치 결정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센서(40)는 상기 블록(31, 31A, 31B)의 상기 표면(32)의 제3 영역(32.3)에 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 거울면(35)은, 광이 상기 제1 렌즈 요소(33)를 통하여 상기 광학 축(34)을 따라 상기 블록(31, 31A, 31B) 내로 결합될 수 있도록 배치되고, 따라서 결합된 각각의 광은 상기 제1 거울면(35)에서 반사되어 상기 블록(31, 31A, 31B)의 상기 표면(32)의 상기 제3 영역(32.3)에서 상기 블록(31, 31A, 31B)을 떠나는, 위치 결정 장치.
청구항 2에 있어서,
하나 이상의 제2 거울면(36)이 상기 블록(31, 31A, 31B)의 상기 표면(32)의 제4 영역(32.4)에서 구현되고, 각각의 상기 제2 거울면(36)은, 광이 상기 제1 렌즈 요소(33)를 통하여 상기 광학 축(34)을 따라 상기 블록(31, 31A, 31B) 내로 결합될 수 있도록 상기 제1 거울면(35)에 대해 배치되고, 따라서 결합된 각각의 광은 상기 제1 거울면(35)에서 그리고 그 이후에 적어도 하나의 상기 제2 거울면(36)에서 반사되어, 그 이후에 상기 표면(32)의 상기 제3 영역(32.3)에서 상기 블록(31, 31A, 31B)을 떠나는, 위치 결정 장치.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 눈금(10)의 적어도 한 영역(10.1)이 조명될 수 있는 적어도 하나의 광원(38.1)을 포함하는 조명 장치(38)를 포함하고,
상기 측정 눈금(10)의 각각의 상기 영역(10.1)은, 상기 측정 눈금(10)의 각각의 상기 영역(10.1)의 이미지가 상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의해 생성될 수 있고 이러한 이미지는 상기 센서(40)에 의해 캡처될 수 있도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 5에 있어서,
각각의 상기 광원(38.1)은, 상기 광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 상기 블록(31A, 31B)의 상기 표면(32)의 일 영역(32.5)에서 상기 블록 내로 결합될 수 있고, 상기 블록(31A)의 상기 표면(32)의 타 영역(32.6)에서 해제될 수 있도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 6에 있어서,
각각의 상기 광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 해제될 수 있는 상기 블록(31A, 31B)의 상기 표면(32)의 상기 영역(32.5)은 만곡을 포함하고, 따라서 상기 표면의 이러한 영역은 렌즈 요소(65)를 형성하는, 위치 결정 장치.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
반사면이 상기 블록(31A, 31B)의 상기 표면(32)의 영역(32.7)에서 구현되고, 상기 반사면은, 상기 블록(31A, 31B) 내로 결합되는 각각의 상기 광원(38.1)의 각각의 광이 이러한 반사면에서 반사되도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 6 내지 청구항 8중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 광도체(70)를 포함하고,
각각의 상기 광도체(70)는, 각각의 상기 광원(38.1)에 의해 생성되는 광이 각각의 상기 광도체(70) 중 하나를 통하여 상기 블록(31B) 내로 결합될 수 있도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 블록(31B)은 각각의 상기 광도체(70)가 배치되는 적어도 하나의 리세스(31.2)를 포함하거나 또는 상기 광도체(70)는 상기 블록(31B) 내로 일체화되는, 위치 결정 장치.
청구항 5 내지 청구항 10중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 눈금(10)은, 각각의 경우에, 점진적으로 배치되는 복수의 마커(11)를 구비하는 증분 트랙(incremental track)(11') 및/또는 하나 이상의 기준 마커(12)를 구비하는 하나 이상의 기준 트랙(12')을 포함하는, 위치 결정 장치.
청구항 5 내지 청구항 11중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 눈금(10)은, 복수의 트랙(11', 12')에 배치되고 서로 인접하여 배치되는 복수의 마커(11, 12)를 포함하고,
상기 조명 장치(38)는 복수의 광원(38.1)을 포함하고, 상기 광원은, 상기 트랙(11') 중 하나가 각각의 상기 광원(38.1) 중 하나에 의해서 조명될 수 있고, 상기 트랙(12') 중 다른 하나가 각각의 상기 광원(38.1) 중 다른 하나에 의해서 조명될 수 있도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 5 내지 청구항 12중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 눈금(10)은, 각각의 상기 마커(11, 12)의 가장자리가 지향성 방식으로 입사광(39, B)을 반사하는 표면 영역에 인접하도록 구현되고, 상기 가장자리는 각각의 상기 광원(38.1)에 의해 생성되는 광(39)이 상기 표면 영역에서 반사되도록 배치되고, 따라서 각각의 반사된 광(BR)은 상기 제1 렌즈 요소(33)에 부딪치지 않는, 위치 결정 장치.
청구항 5 내지 청구항 13중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 마커(11, 12)는, 상기 마커(11, 12)가 상기 조명 장치(38)에 의해 조명되는 경우에 상기 제1 렌즈 요소(33)를 통하여 상기 블록(31, 31A, 31B) 내로 침투할 수 있는 산란광(BS)이 생성되도록 구현되는, 위치 결정 장치.
청구항 5 내지 청구항 14중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 광원(38.1)의 광에 불투명한 다이아프램 바디(diaphragm body)(50)가 각각의 상기 광원(38.1)과 상기 블록(31) 사이에 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 다이아프램 바디(50)는 상기 블록(31)이 위치되는 제1 챔버(50.1) 및 상기 조명 장치(38)의 각각의 상기 광원(38.1)이 위치되는 제2 챔버(50.2)를 포함하는, 위치 결정 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 측정 눈금(10)을 마주보는 측면 상의 상기 제2 챔버(50.2)는 개구부(50.4)를 포함하고, 상기 개구부(50.4)는, 상기 측정 눈금의 각각의 상기 영역(10.1)이 상기 제2 챔버(50.2)의 이러한 개구부(50.4)를 통하여 상기 조명 장치(38)의 상기 광원(38.1)에 의하여 조명될 수 있도록 배치되고,
상기 측정 눈금(10)을 마주보는 측면 상의 상기 제1 챔버(50.1)는 개구부(50.3)를 포함하고, 상기 개구부(50.3)는, 상기 측정 눈금(10)의 각각의 상기 영역(10.1)의 이미지가 상기 제1 챔버(50.1)의 이러한 개구부(50.3)를 통하여 상기 텔레센트릭 광학 시스템(30)에 의하여 생성될 수 있도록 배치되는, 위치 결정 장치.
청구항 1 내지 청구항 17중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록(31, 31A, 31B)은 플라스틱으로 만들어진 성형 부품인, 위치 결정 장치.
청구항 1 내지 청구항 18중 어느 한 항에 따른 위치 결정 장치(5),
제1 바디(2), 및 상기 제1 바디에 대해 이동될 수 있고 상기 제1 바디 상에 가이드되는 제2 바디(3)를 포함하는 가이드 시스템(10)으로서,
상기 측정 눈금(10)은 상기 제1 바디(2)에 대해서 고정되도록 배치되고, 상기 측정 헤드(21, 21A, 21B)는 상기 제2 바디(3)에 대해 고정되도록 배치되는, 가이드 시스템.
청구항 19에 있어서,
각각의 상기 마커(11, 12)는 상기 제1 바디(2) 내로 일체화되거나, 또는 상기 제1 바디(2)의 표면(2.1)에서 구현되는, 가이드 시스템.
청구항 19 또는 청구항 20에서,
상기 측정 헤드(21, 21A, 21B)는 상기 제2 바디(3)에 부착되는, 가이드 시스템.
청구항 19 내지 청구항 21중 어느 한 항에 있어서,
상기 가이드 시스템은 리니어 가이드(1)로써 구현되고, 상기 제1 바디(2)는, 상기 제2 바디(3)가 리니어 방식으로 이동될 수 있는 가이드 레일인, 가이드 시스템.