(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも一つの符号トラックを上に配置した基準尺と、その少なくとも一つの符号トラックを測定方向に走査することによって、位置信号を生成して、それらの信号から絶対位置のデジタル値を発生することが可能な走査ユニットとを有する第一の構造グループと、位置測定装置の付加又は補助機能を実現するように構成された少なくとも一つの周辺機器ユニットを有する第二の構造グループとを備えた絶対位置測定装置。【解決手段】第一の構造グループ２０．１と第二の構造グループ２０．２が、電気信号の伝送のために、複数の電気配線２１を用いて互いに接続されている。第一の構造グループ２０．１が、専ら機械の放射線領域Ａ内での使用に適した部品２２，２５，２６，４１から構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの符号トラック（２３）を上に配置した基準尺（２２）と、その少なくとも一つの符号トラック（２３）を測定方向（Ｘ）に走査することによって、位置信号（Ｓ）を生成して、それらの信号から絶対位置のデジタル値（Ｐ）を発生することが可能な走査ユニット（２４）とを有する第一の構造グループ（２０．１）と、
位置測定装置（２０）の付加又は補助機能を実現するように構成された少なくとも一つの周辺機器ユニット（３０，３１，３２，３３，３４）を有する第二の構造グループ（２０．２）と、
を備えた絶対位置測定装置（２０）であって、
第一の構造グループ（２０．１）と第二の構造グループ（２０．２）が、電気信号の伝送のために、複数の電気配線（２１）を用いて互いに接続されており、第一の構造グループ（２０．１）が、専ら機械の放射線領域（Ａ）内での使用に適した部品（２２，２５，２６，４１）から構成される絶対位置測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対位置測定装置（２０）において、
第二の構造グループ（２０．２）が、位置信号（Ｓ）から絶対位置のデジタル値（Ｐ）を生成することが可能な信号処理ユニット（４１）を更に備えている絶対位置測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の絶対位置測定装置（２０）において、
信号処理ユニット（４１）が、絶対位置のデジタル値（Ｐ）を第二の構造グループ（２０．２）の通信ユニット（３０）に伝送するのに適した内部インタフェース（３８）を備えている絶対位置測定装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の絶対位置測定装置（２０）において、
信号処理ユニット（４１）が、第二の構造グループ（２０．２）に配置されたメモリユニット（３４）の記憶内容を読み書き可能とするメモリインタフェース（４８）を備えている絶対位置測定装置。
【請求項５】
請求項２から４までのいずれか一つに記載の絶対位置測定装置（２０）において、
検出器ユニット（２６）と信号処理ユニット（４１）が高集積モジュール（６０）として実現されている絶対位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に基づく絶対位置測定装置に関する。その絶対位置測定装置は、高エネルギーイオン化放射線に晒されている設備又は機械で使用するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
位置測定装置は、様々な技術分野において、設備又は機械での移動する部品の（長さ及び／又は角度）位置を計測するために必要とされている。そのような位置測定装置は、その動作方式に基づき二つのグループに分類され、一つのグループは、位置の計測が増分目盛の目盛周期の数に基づく増分位置測定装置であり、他方のグループは、絶対目盛の走査と評価により位置を取得する絶対位置測定装置である。
【０００３】
増分位置測定装置は、絶対位置測定装置と比べて、構造が簡単で頑丈であるが、起動直後には位置情報が得られず、絶対位置を推定可能とするためには、所謂基準走行によって、最初に基準マークを通過しなければならないことが欠点である。そのため、多くの技術領域では、有利には、起動直後でも常に絶対位置の値を提供できる絶対位置測定装置が次第に使用されてきている。絶対位置測定装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００４】
絶対位置測定装置の使用が依然として問題となる技術領域は、高エネルギーイオン化放射線に晒されている、或いは応用分野がそのような放射線の使用を必要としている設備又は機械である。この場合、特に、所定の通り、高エネルギーイオン化放射線を使用して、病気を直したり、その進行を遅らせる医療技術が挙げられる。その場合、主にガンマ線、レントゲン線又は（陽子、中性子、電子などの）粒子線が使用されている。
【０００５】
そのような放射線に晒されている増分位置測定装置は、その構造が簡単なために動作が真に頑丈であることが分かっている。それに対して、絶対位置の値を計測するために複雑な構造を必要とする絶対位置測定装置は、高エネルギーイオン化放射線に晒される場合に使用されない傾向が有る。
【０００６】
それにも関わらず、そのような環境内で、例えば、腫瘍組織に放射線を照射する医療技術分野で絶対位置測定装置を使用する場合、従来から二つの解決策が有り、一方は有害な放射線から絶対位置測定装置を遮蔽することであり、他方は所謂放射線に強い部品、即ち、そのような使用分野のために特別に開発された部品から位置測定装置を構成することである。
【０００７】
両方の解決策は、実際には不十分である。充分な遮蔽効果を実現するためには、センチメートル規模の厚さの鉛の外被が必要であるが、主に、その重量のために、さもなければ所要スペースが大きいために、望ましい物ではない。放射線に強い部品は、標準部品と比べて、大抵は余りにも高価であるとともに、大きな筐体でしか使用できない。従って、放射線に強い部品から絶対位置測定装置を構成すると、構造形態が大きくなるとともに、価格が非常に高くなっていた。更に、放射線に強い実現形態では、必要な、或いは所望の部品を全て入手できるとは限らなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許公開第０６６０２０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のことから、本発明の課題は、イオン化放射線に晒されている環境内での使用に適した簡単な構造の絶対位置測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本課題は、請求項１に記載された絶対位置測定装置によって解決される。その絶対位置測定装置の有利な詳細は、請求項１に従属する請求項から明らかとなる。
【００１１】
ここで、
少なくとも一つの符号トラックを上に配置した基準尺と、その少なくとも一つの符号トラックを測定方向に走査することによって、位置信号を生成して、それらの信号から絶対位置のデジタル値を発生することが可能な走査ユニットとを有する第一の構造グループと、
位置測定装置の付加又は補助機能を実現するように構成された少なくとも一つの周辺機器ユニットを有する第二の構造グループと、
を備え、第一の構造グループと第二の構造グループが、電気信号の伝送のために、複数の電気配線を用いて互いに接続されており、第一の構造グループが、専ら機械の放射線領域内での使用に適した部品から構成される絶対位置測定装置を提案する。
【００１２】
本発明の更に別の利点と詳細は、以下における図面に基づく記述から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】医療用放射線機器の簡略化した平面図
【図１ｂ】医療用放射線機器の簡略化した側面図
【図２】本発明による位置測定装置の第一の実施構成のブロック図
【図３】本発明による位置測定装置の第二の実施構成のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１ａと１ｂは、高エネルギーイオン化放射線、特に、ガンマ線、レントゲン線又は電子線を使用している設備の例としての医療用放射線機器１の簡略化した平面図（図１ａ）と側面図（図１ｂ）を図示している。この放射線機器１の放射線源２は、図示されている患者用ベッド３の頭部の上方に有る。この場合、見易くするために、放射線源の詳細図は省略されており、例えば、腫瘍に照射するために使用される高エネルギーイオン化放射線が主に図１ａに図示された円１０内で発生する可能性が有ることが分かる。従って、以下において、この円１０内の平面を放射線領域Ａと称する。放射線領域Ａ、そのため円１０の外側には、放射線保護領域Ｂが有る。
【００１５】
当然のことながら、この区分は、非常に簡略化されたものであり、主に本発明を説明する役割を果たしている。実際には、発生する放射線のエネルギーは、放射線源からの距離が遠くなる程低下する、即ち、正確な境界線を引くことはできない。以下の説明において、放射線領域Ａとの用語は、従来の絶対位置測定装置の動作の安全性を損なう可能性の有る線量で高エネルギーイオン化放射線が発生する可能性の有る設備の領域であると解釈する。それに対して、発生する放射線によって、従来の絶対位置測定装置の動作の安全性が損なわれない設備周辺の領域は、放射線保護領域Ｂと呼ばれる。
【００１６】
放射線保護領域Ｂは、放射線源からの所定の最小間隔を遵守すること以外に、放射線の拡散方向に遮蔽障壁を配備することによっても作り出すことができる。そのために特に適した材料は鉛である。
【００１７】
この医療用放射線機器には、二つのロボットアーム５と６が配置されており、第一のロボットアーム５は、コンピュータ断層撮影機（ＣＴ）の送信ユニット７を持ち運び、第二のロボットアーム６は、その受信ユニット８を持ち運ぶ。これらのロボットアーム５，６は、（図示されていない）サーボモータを用いて、送信ユニット７と受信ユニット８を精密に位置決めする役割を果たし、その位置は、ロボットアーム５，６の継手に配置された位置測定装置２０、特に、ロータリエンコーダ又は角度測定装置により計測される。
【００１８】
患者用ベッドは、表示された矢印の方向に移動可能な形で実現されており、その位置は、別の位置測定装置２０、特に、長さ測定装置により測定される。
【００１９】
そのような医療用放射線機器の一部では、２０ＭｅＶを上回る放射線エネルギーが既に使用されている。そのため、そのような設備の耐用期間に渡って、大きな放射線量が位置測定装置２０内に入り込む可能性が有る。使用する放射線は、ガンマ線、レントゲン線又は（陽子、中性子、電子などの）粒子線とすることができる。
【００２０】
図２は、位置測定装置２０が高エネルギーイオン化放射線に晒される可能性の有る設備での使用に適した本発明による位置測定装置２０のブロック図を図示している。この位置測定装置２０は、第一の構造グループ２０．１と第二の構造グループ２０．２から構成されている。第一の構造グループ２０．１と第二の構造グループ２０．２の間で電気信号を伝送するために、それらの構造グループは、複数の電気配線２１を介して互いに接続されている。
【００２１】
第一の構造グループ２０．１は、位置信号Ｓを生成して、その信号を絶対位置の値Ｐとして処理することを可能とするために、少なくとも一つの符号トラック２３を有する基準尺２２と、この少なくとも一つの符号トラック２３を走査する走査ユニット２４とを備えている。この符号トラック２３は、並列符号化（例えば、グレー符号化）するか、或いは図２に図示されている通り、直列符号化（疑似ランダム符号化；ＰＲＣ）することができる。しかし、この符号化は、アナログ方式でも、例えば、異なる目盛周期を有する複数の並列に配置された符号トラック２３（ビート又はバーニヤ方式）によっても実現できる。基準尺２２と走査ユニット２４は、測定方向Ｘに互いに相対的に移動可能な形で配置されている。
【００２２】
この位置測定装置２０は、長さ測定装置とすることができる、即ち、基準尺２２は、符号トラック２３を上に取り付けた測定尺である。ロータリエンコーダ又は角度測定装置の場合、基準尺２２は、通常円板として実現され、符号トラック２３は、その円板の中心点の周囲に環状に配置される。
【００２３】
この実施例では、位置測定装置２０が透過光式光学方式により動作する、即ち、符号トラック２３の位置情報が光を通す領域と光を通さない領域のシーケンスによって符号化されており、走査ユニット２４が、基準尺２２の一方の側面上に配置された、光を符号トラック２３の方向に放射する光源２５と、符号トラック２３によって変調された光から位置信号Ｓを生成する検出器ユニット２６とを有することが分かる。この位置信号Ｓは、アナログ信号としても、デジタル信号としても取得することができ、その信号から絶対位置のデジタル値Ｐを生成するのに適した信号である。
【００２４】
光学走査方式の外に、それ以外の、特に、磁気、容量又は誘導走査方式を用いることもできる。同様に、符号トラック２３が反射領域と非反射領域から構成され、そのため光源２５と検出器ユニット２６が基準尺２２の一方の側面上に配置されている反射光式光学方式を用いることもできる。
【００２５】
本発明では、位置測定装置２０の第一の構造グループ２０．１の全ての部品は、機械の放射線領域Ａ内での使用に適するように実現されている。図２には、放射線領域Ａは、垂直の破線から左側に有る。
【００２６】
第二の構造グループ２０．２は、付加又は補助機能を実現する、位置測定装置２０の周辺機器ユニットから構成される。例えば、第二の構造グループ２０．２は、通信ユニット３０、信号処理ユニット３１、リセットユニット３２、電源ユニット３３及びメモリユニット３４から構成することができる。
【００２７】
この通信ユニット３０は、一方の側に、制御ユニット５０との通信を実行するためのデジタル機器インタフェース３６を備えている。この機器インタフェース３６は、一方における通信用の物理的要件（信号レベル、データレート、コネクタなど）と、他方における位置測定装置２０と制御ユニット５０の間の通信規則を規定する通信プロトコルとを有する。有利には、この機器インタフェース３６は、シリアル式、特に、同期シリアル式インタフェースとして実現され、信号は、周知の手法により差分方式で、例えば、ＲＳ−４８５標準方式で伝送される。第二の構造グループ２０．２と制御ユニット５０は、好適なデータ伝送ケーブル５２を介して互いに接続されている。
【００２８】
通信ユニット３０は、他方の側に、第二の構造グループ２０．２の周辺機器ユニット（図示されている例では、信号処理ユニット３１とメモリユニット３４）、さもなければ第一の構造グループ２０．１（例えば、走査ユニット２４又は検出器ユニット２６）と通信する役割を果たすことができる内部インタフェース３８を有する。この内部インタフェース３８も、通信用の物理的要件を有するとともに、インタフェースプロトコルを備えることができる。このデータ伝送は、並列方式又は直列方式で実行することができる。当然のことながら、通信ユニット３０の内部インタフェース３８と通信する全ての部品も、同じく内部インタフェース３８を有する。通信ユニット３０が通信を制御するのが有利であるので、通信ユニット３０の内部インタフェース３８は、有利には、所謂マスターインタフェースとして実現され、それ以外の部品の内部インタフェース３８は、スレーブインタフェースとして実現される。
【００２９】
信号処理ユニット３１は、電気配線２１を介して第一の構造グループ２０．１から第二の構造グループ２０．２に供給される位置信号Ｓから、絶対位置のデジタル値Ｐを生成して、その値を、場合によっては、制御ユニット５０の位置要求コマンドに対する応答として、内部インタフェース３８を介して通信ユニット３０に伝送する役割を果たしている。そのために、信号処理ユニット３１の機能には、アナログ・デジタル変換、誤った位置信号Ｓの検出、一定数の冗長な位置信号Ｓからの有効な信号の選定などを含めることができる。
【００３０】
リセットユニット３２の機能は、例えば、位置測定装置２０の電源電圧を監視することと、電源電圧が変動した場合に、不確定な動作状態を防止するためのリセット信号を出力することとである。このリセットユニット３２は、特に、位置測定装置２０の起動後に、電源電圧が所定の電圧レベルを安定して上回った場合に初めて正常動作を許容する役割を果たしている。このリセット信号も、第二の構造グループ２０．２の周辺機器ユニット（図示されている例では、通信ユニット３０と信号処理ユニット３１）にも、電気配線２１を介して第一の構造グループ２０．１にも供給することができる。
【００３１】
電源ユニット３３は、例えば、データ伝送ケーブル５２を介して、制御ユニット５０から位置測定装置２０に供給される電源電圧を安定化させる役割及び／又は電圧レベルを位置測定装置又は第一の構造グループ２０．１と第二の構造グループ２０．２の部品の要件に適合させる役割を果たしている。そのためには、電源ユニット３３が、場合によっては、異なる電圧により、複数の異なる出力を供給して、電気配線２１を介して、第一の構造グループ２０．１に送ることが必要な場合が有る。同様に、電源ユニット３３は、可変の入力電圧から、一つ以上の一定の出力電圧を発生させるのに適したものとすることができる。
【００３２】
位置測定装置２０では、メモリユニット３４は、多くの場合、位置測定装置２０の動作と関連するデータを保存するために使用されている。特に、位置測定装置２０のパラメータをメモリユニット３４に保存することができる。そのパラメータの例は、測定システムの形式、シリアル番号、分解能、データフォーマット、測定システムの回転方向、校正データなどである。メモリユニット３４は、内部インタフェース３８を介して読み出すとともに、場合によっては、書き込むこともできる。更に、記憶内容は、内部インタフェース３８を介して第一の構造グループ２０．１に伝送することもできる。制御ユニット５０からのメモリユニット３４へのアクセスは、通信ユニット３０の仲介の下で、機器インタフェース３６と内部インタフェース３８を介して行なうことができる。
【００３３】
位置測定装置２０の第二の構造グループ２０．２は、放射線保護領域Ｂ内（破線から右側）に配置されている。そのため、第二の構造グループ２０．２の部品を放射線に耐える（放射線に強い）部品から構成する必要はない。
【００３４】
即ち、本発明の中核の考えは、位置信号Ｓ又は絶対位置の値Ｐの生成に直接寄与しない機能を有する部品を第一の構造グループ２０．１から空間的に分離して配置できることである。その知見は、第一の構造グループ２０．１の部品だけを放射線領域Ａ内で高エネルギーイオン化放射線による損傷を受けること無く動作可能なように実現し、それに対して、第二の構造グループ２０．２の部品を従来技術で実現する手法を提供する。
【００３５】
それによって、従来技術による部品は、放射線に耐える（放射線に強い）部品と比べて、何倍も安価に購入できるので、著しいコスト削減を実現することができる。更に、従来技術の部品の方が入手し易い。更に、必要な部品の全てが、放射線に耐える実施形態で入手できるとは限らない。この場合、メモリモジュールが特に問題であることが分かっている。
【００３６】
本発明による位置測定装置２０では、使用する部品の価格と入手可能性に関する利点の外に、非常に少数の部品しか第一の構造グループ２０．１に含まれないので、従来技術の位置測定装置と比べて、場合によっては、第一の構造グループ２０．１の所要スペースを一層削減することもできる。
【００３７】
図３は、本発明による位置測定装置２０の別の実施例のブロック図を図示している。既に図２と関連して説明した部品は、同じ符号を付与されており、再度説明しない。
【００３８】
図２による実施例と異なる点は、ここでは、信号処理ユニット４１が第一の構造グループ２０．１内に配置されていることである。その有利な利点は、ここでは、既に第一の構造グループ２０．１において、絶対位置のデジタル値Ｐが生成されており、その値を内部インタフェース３８を介して第二の構造グループ２０．２の通信ユニット３０に伝送できることである。ここでは、データ伝送プロトコルの枠組みでデータ伝送を実行することによって、当業者に周知の好適な措置（例えば、チェックサムの生成と伝送など）により、第一の構造グループ２０．１への絶対位置のデジタル値Ｐの確実な伝送を保証することができる。それは、放射線領域Ａと放射線保護領域Ｂの間の間隔により規定される、第一の構造グループ２０．１と第二の構造グループ２０．２の間の空間的な間隔が大きい（数メートルの）場合に特に有効である。
【００３９】
信号処理ユニット４１と通信ユニット３０の間のデータ伝送時の雑音に対する安全性を出来る限り大きく実現するために、内部インタフェース３８でも、物理的な伝送に関して、有利には、例えば、周知のＲＳ−４８５標準方式による差動式データ伝送が採用されている。しかし、それに対応するドライバモジュールは、既に前述した欠点（高い価格、入手可能性の問題、大きな構造形態）を有するので、データの物理的な伝送は、アースを基準とするデジタル信号を用いて実行することができる。如何なる場合でも、データ伝送を実行するための電気配線２１は、所定の物理的な伝送に適合した配線とする。
【００４０】
信号処理ユニット４１は、内部インタフェース３８の外に、別個のメモリインタフェース４８も有し、それを介して、信号処理ユニット４１は、第二の構造グループ２０．２内のメモリユニット３４の対応するメモリインタフェース４８と直接接続されている。それによって、信号処理ユニット４１は、通信ユニット３０を介して迂回すること無く、メモリユニット３４の記憶内容を直接読み書きすることができる。メモリインタフェースとしては、有利には、商用のメモリユニット３４において既に入手可能なインタフェース、例えば、Ｉ２Ｃインタフェースが使用される。この実施例では、後続の電子機器５０によるメモリユニット３４へのアクセスは、通信ユニット３０と信号処理ユニット４１を介して、機器インタフェース３６、内部インタフェース３８及びメモリインタフェース４８を用いて行なうことができる。しかし、それに代わって、通信ユニット３０とメモリユニット３４は、第一の構造グループ２０．１を介して迂回すること無く、直接通信することを可能とするために、別個のインタフェースを介して接続することもできる。信号処理ユニット４１とメモリユニット３４の間のデータ通信のためにも、好適な電気配線２１が配備されている。
【００４１】
機器インタフェース３６と内部インタフェース３８が同様に構成されている場合、通信ユニット３０は、機器インタフェース３６と内部インタフェース３８の間の電気機械的な接続部（コネクタと電気配線）だけを備えることもできる。同様に、そもそも第二の構造グループ２０．２に通信ユニット３０を配備せずに、制御ユニット３０をデータ伝送ケーブル５２により直接第一の構造グループ２０．１と接続する手法も有る。
【００４２】
そのため、最新の位置測定装置２０では、多くの場合、検出器ユニット２４と信号処理ユニット４１が相応のインタフェース３８，４８により高集積モジュール６０（ＡＳＩＣ又は光学走査の場合には、Ｏｐｔｏ−ＡＳＩＣ）内に一緒に統合されているので、図３で選択した区分が特に有利である。それは、第一の構造グループの残る部品（光源２５と基準尺２２）が放射線領域Ａで使用するための適性を既に有し、変更する必要が無いので、位置測定装置２０が高エネルギーイオン化放射線に晒される可能性の有る設備内で使用するためには、高集積モジュール６０だけを強化すれば良いことを意味する。
【００４３】
図３に図示されている通り、第二の構造グループ２０．２は、後続の電子機器５０から空間的に分離して専用の筐体内に配置することができる。その特別な利点は、そもそも位置測定装置２０が二つの構造グループから構成されることを後続の電子機器５０が知る必要が無いことである。負担のかかる遮蔽措置（例えば、鉛の外被）によって、発生する放射線から保護されている絶対位置測定装置を既に使用している設備では、それによって、それらの位置測定装置を本発明による位置測定装置２０と置き換えて、望ましくない遮蔽物の重量を取り除くことが特に簡単となる。機器インタフェース３６が互換性の有ることだけに留意しなければならない。
【００４４】
しかし、それと異なり、一点鎖線で表示したブロックにより示した通り、第二の構造グループ２０．２を後続の電子機器５０’に統合することも可能である。
【００４５】
当然のことながら、本発明は、ここで述べた実施例に限定されない。
【符号の説明】
【００４６】
１    放射線機器
２    放射線源
３    患者用ベッド
５    ロボットアーム
６    ロボットアーム
７    送信ユニット
８    受信ユニット
１０    放射線領域Ａの円
２０    位置測定装置
２０．１  第一の構造グループ
２０．２  第二の構造グループ
２１    電気配線
２２    基準尺
２３    符号トラック
２４    走査ユニット
２５    光源
２６    検出器ユニット
３０    通信ユニット
３１    信号処理ユニット
３２    リセットユニット
３３    電源ユニット
３４    メモリユニット
３６    機器インタフェース
３８    内部インタフェース
４１    信号処理ユニット
４８    メモリインタフェース
５０    後続の電子機器（制御ユニット）
５０’  後続の電子機器
５２    データ伝送ケーブル
６０    高集積モジュール
Ａ    放射線領域
Ｂ    放射線保護領域
Ｘ    測定方向
【図１ａ】
2014081370.tif 000003
【図１ｂ】
2014081370.tif 000004
【図２】
2014081370.tif 000005
【図３】
2014081370.tif 000006