(57)【要約】【課題】      本発明の課題は、画像的情報損失が生じることなく、必要な検出面を最小にすることを可能にする冒頭に挙げた様式の位置測定装置用の走査ユニットを提供することである。【解決手段】  レンズ機構（Ｌ）が走査領域（Ａ）を検出器（１９；１９０）上の画像領域（Ｂ）内に面に合わせて縮小された状態で結像するように構成されていることにより解決される。【選択図】    図３
2006292748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−測定尺の部分への方向で光を放出するための光源と、
−測定尺により変調された光を感知するための検出器と、
−検出器の前方に設けられたレンズ機構とを備え、
このレンズ機構が、多数の光学レンズを有しており、かつ走査された走査領域の特定の結像を画像領域内へ生じさせるために用いられる、測定尺を光学的に走査するための位置測定装置用の走査ユニットおいて、
レンズ機構（Ｌ）が走査領域（Ａ）を検出器（１９；１９０）上の画像領域（Ｂ）内に面に合わせて縮小された状態で結像するように構成されていることを特徴とする走査ユニット。
【請求項２】
レンズ機構（Ｌ）が二つのレンズ群（Ｌ１，Ｌ２；３，４；１３０，１４０）を備え、この二つのレンズ群が二つの互いに平行に延在している平面（３０，４０）の各々一つにおいて設けられており、両レンズ群（Ｌ１，Ｌ２；３，４；１３０，１４０）の走査パターンが互いに定義された状態で区別が付くように構成されていることを特徴とする請求項１記載の走査ユニット。
【請求項３】
両レンズ群（Ｌ１，Ｌ２；３，４；１３０，１４０）が、第一結像の後、第一レンズ群（Ｌ１；３；１３０）のレンズを介して生じる中間画像（ＺＢ）が、第二結像の後、第二レンズ群（Ｌ２；４；１４０）のレンズにより走査領域（Ａ）に抗してずれた検出器上の部分画像（ＴＢ）内へ伝達されるように光学的に協働し、この場合レンズ機構（Ｌ）の対称軸線の方向におけるズレが生じ、検出器（１９；１９０）上の全体画像が、相が正しい全部分画像（ＴＢ）の重畳から生じるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の走査ユニット。 
【請求項４】
レンズ機構（Ｌ）を介して、測定尺上で走査領域（Ａ）の結像が行われるかあるいは検出器（１９；１９０）上で走査光路内での中間画像の結像が行われるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項５】
照明光束を検出器上の画像領域内への縮小された走査領域の結像に対して合わせるために、走査ユニット内の光源に光学的手段が前もって設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項６】
周期的インクリメンタル目盛（２１，２１０；ＭＩＮＣ）を備えた測定尺（２；２００）を走査するためのレンズ機構（Ｌ）が、検出器（１９；１９０）上の画像領域（Ｂ）内の走査領域（Ａ）の画像が、同様に特定の周期性を備えており、この場合画像（Ｂ）の周期性がインクリメンタル目盛（２１，２１０；ＭＩＮＣ）の周期性と予め定められた関連があるように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項７】
レンズ機構（Ｌ）の第一及び第二レンズ群（Ｌ１，Ｌ２；３，４；１３０，１４０）の選択された直径（ｄ１，ｄ２）が、以下の条件、すなわち
ｄ１＝ｎ×Ｔ
そして
ｄ２＝（β２×ｎ＋ｋ×β１×β２−ｎ）×Ｔ
ここで、ｄ１：第一レンズ群のレンズのレンズ幅
ｄ２：第二レンズ群のレンズのレンズ幅
Ｔ  ：走査されたインクリメンタル目盛の目盛周期
β１：第一レンズ群の結像倍率
β２：第二レンズ群の結像倍率
ｎ  ：自然数（ｎ＝１，２，３.....）
ｋ  ：自然数（ｋ＝１，２，３.....）
を満たしていることを特徴とする請求項２および６に記載の走査ユニット。
【請求項８】
第二レンズ群（Ｌ２；４；１４０）による結像を介した部分画像（ＴＢ）のズレが、検出器（１９；１９０）上の画像領域（Ｂ）内で、個々の部分画像（ＴＢ）が全て少なくとも部分的に完全に重なり合って重畳するほどに生じることを特徴とする請求項３および６に記載の走査ユニット。
【請求項９】
非周期的参照標識（２２；２２０；ＭＲＥＦ）を備えた測定尺（２；２００）を走査するためのレンズ機構（Ｌ）が、検出器（１９；１９０）上の走査領域（Ａ）の画像が一定に非周期性を備え、この非周期性が非周期的参照標識（２２；２２０；ＭＲＥＦ）
と予め定められた関連があることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項１０】
レンズ機構（Ｌ）が、単に非周期的参照標識の走査パターンにおいて、結像アクティブなレンズ（Ｌ１１，Ｌ２１；Ｌ１４，Ｌ２４；Ｌ１６，Ｌ２６；Ｌ１８，Ｌ２８及びＬ１１１，Ｌ２１１）を備えていることを特徴とする請求項９記載の走査ユニット。
【請求項１１】
レンズ機構が以下の条件、すなわち
β２×（ｄ１−ｄ２）＝Ｌ１
ここで、ｄ１：第一レンズ群のレンズのレンズ幅
ｄ２：第二レンズ群のレンズのレンズ幅
β２：第二レンズ群の結像倍率
を満たしていることを特徴とする請求項９記載の走査ユニット。
【請求項１２】
少なくとも一つの光学的に走査可能なトラック（２１，２２）を有している測定尺（２；２００）と、測定尺（２；２００）を走査するための前述の請求項の一つによる走査ユニット（１）とを備えていることを特徴とする位置測定装置。
【請求項１３】
測定尺（２）が周期的インクリメンタル目盛を備えていることを特徴とする請求項１２記載の位置測定装置。
【請求項１４】
測定尺（２）が非周期的参照標識（２２；２２０；ＭＲＥＦ）を備え、参照標識（２２；２２０；ＭＲＥＦ）が多数の同一に形成された非周期的構造を備えた参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４から成り、これらの参照標識ユニットが測定方向（Ｍ）に沿った一定の走査パターン内に設けられており、この走査パターンが走査ユニット内のレンズ機構（Ｌ）の結像アクティブなレンズ（Ｌ１１，Ｌ２１；Ｌ１４，Ｌ２４；Ｌ１６，Ｌ２６；Ｌ１８，Ｌ２８及びＬ１１１，Ｌ２１１）の走査パターンに対応していることを特徴とする請求項１２記載の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った測定尺を光学的に走査するための位置測定装置用走査ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような走査ユニットは、光学的に走査されるトラックを備えた測定尺への方向で光を放出するための光源と、測定尺により修正された例えば反射された光を感知するための検出器と、多数の光学レンズを備え、かつ光を用いて走査される検出器上の走査領域の特定のコピーを生じさせるための検出器の前に設けられたレンズ機構とを含んでいる。走査される走査領域は、一方では測定尺上での走査領域であり、他方では走査光路内の中間画像である。
【０００３】
このような走査ユニットは、例えば反射光法または透過光法で、インクリメンタル目盛を備えた測定尺を走査するために設けられている。最初に挙げた例において、測定尺への方向の光源から放出される光は、測定尺により変調され、かつ反射される。二番目に挙げた例では、光源から放出される光は、（部分的に光が貫通可能な）測定尺を通って進み、この場合変調される。特許文献１からこのような走査ユニットが位置測定装置を含めて公知である。
【０００４】
走査光路内の二つの部分から成るレンズ機構を介して、異なる可能な結像倍率β＝１、あるいはβ＞１またはβ＜１により測定尺上に走査された走査領域の、面に合った同一の領域内かあるいは面に合った同一の検出面での画像領域内への結像あるいは投射が行われる。
【０００５】
全ての場合において、結果として生じる結像の場合、面あるいは領域は物体側及び画像側で同様に大きい。これはその中に含まれている情報を含めた走査された領域が、同じ大きさの検出器への画像領域内へ伝達される。原則としてこのようなシステムの場合、できる限り大きい走査された面に応じた要求がある。そこで測定尺上での走査領域の場合、例えばシステム全体はわずかな汚れに対して敏感である。走査領域を画像側と物体側の同じ大きさにより結像する場合、情報損失が無く、下回ることがない一定の最小限度必要な検出面が生じる。
【０００６】
しかしながら、検出面は特に検出器として例えばＣＭＯＳフォトダイオードを使用する場合、このような走査ユニットにおいては原則的に臨界的大きさである。したがって一方では使用される製造工程に応じて自由に使用できる面はきわめて高価であり、他方ではこの理由から使用される面により、フォトダイオードの容量も増大するので、これにより結果として検出されるべき信号において大きなノイズを伴う。
【０００７】
特許文献１から知られているようなレンズ機構を使用する場合、触れたように結像倍率がβ＝１の場合、走査された周期的インクリメンタル目盛に関する情報は、走査される領域と生じた画像の同じ面にあっては検出平面内に保持されたままである。これに反して実行される結像倍率がβ≠１の場合、検出側の画像においてこのようなレンズ機構を使用する際、走査された周期的インクリメンタル目盛に関する補正された情報は生じない。図１ａ及び１ｂにおいて、この問題を具体的に説明するために、結像倍率β＜１（図１ａ）とβ＞１（図１ｂ）の場合の走査されるインクリメンタル目盛のための結像比率を示してある。この際公知の二つの部分から成るレンズ機構Ｌを介して、インクリメンタル目盛ＭＩＮＣの一部は各々コピーされ、この場合部分Ａは物体側の走査領域に対応する。レンズ機構Ｌの第一の個々のレンズＬ１を介してこの部分の一部を結像した後、中間画像ＺＢが生じる。すなわちこれは画像領域の大きさを保持することにより、言い換えればＡ＝Ｂの下で所属する第二の個々のレンズＬ２を介して、画像平面すなわち検出平面Ｄにおける画像内にコピーされる。このことはレンズ機構Ｌの各個別のレンズ対を介してアナログ行われる。
【０００８】
結像倍率β＜１である図１ａの場合、インクリメンタル目盛ＭＩＮＣの部分の一部毎に、検出平面Ｄにおいてこの部分の縮小が行われる。全体として画像領域Ｂにおいては、走査された部分Аと同じ大きさのインクリメンタル目盛ＭＩＮＣの画像が生じる。しかしながら画像において、図１ａにおいて明らかなように、走査されたインクリメンタル目盛ＭＩＮＣの周期性はもはや正確には再現されていない。
【０００９】
結像倍率β＞１である図１ｂの場合、インクリメンタル目盛ＭＩＮＣの部分Ａを走査することから検出平面Ｄにおいて画像が生じ、この画像は個々の部分画像を特定されていない重畳から生じる。この際走査されたインクリメンタル目盛ＭＩＮＣの周期性は、画像においてはもはや正確には再現されない。
【００１０】
測定尺上での走査された走査領域の代わりに、例えば他の走査原理において、中間画像をレンズ機構を介して検出器上の画像領域内にコピーしなければならない場合に、類似の問題が生じるのは自明である。
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０３１７７３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、画像的情報損失が生じることなく、必要な検出面を最小にすることを可能にする冒頭に挙げた様式の位置測定装置用の走査ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１の特徴を備えた走査ユニットを提供することにより解決される。
【００１３】
本発明による走査ユニットの有利な形態は、従属請求項における構成から明らかである。
【００１４】
本発明による走査ユニットと、これにより走査されるべき、少なくとも一つの光学的に走査可能なトラックを備えた測定尺を有する位置測定装置は、特許請求項１２の特徴により特色付けられている。
【００１５】
本発明によれば、レンズ機構を走査ユニット内に置くことにより画像領域の縮小が可能になる。これは、走査された表面領域すなわちその完全でかつ補正された情報内容を備えた対応する画像領域が、縮小された形でその都度の検出器上に描かれることを意味する。
【００１６】
この際走査原理に応じて走査される走査領域は、測定尺上の一定の領域であるのと同様に、走査光路内の中間画像でもある。
【００１７】
使用されるレンズ機構が二つの互いに平行な延在する平面内に二つのレンズ群すなわちマイクロレンズアレーを備えているのは好ましい。
【００１８】
両レンズ群の走査パターンは、特定の様式と方法の点で互いに区別がつく。
【００１９】
この際両レンズ群は、有利な実施形態では、第一結像の後第一レンズ群のレンズを介して生じる中間画像が、第二結像の後、第二レンズ群のレンズにより走査領域に抗して軸線に基づいてずれた検出器上の部分画像内へ伝達されるように光学的に協働する。第二結像の際レンズ機構の対称軸線の方向でのズレが生じる。検出器上の全体画像は、相が正しい全部分画像の重畳から生じる。
【００２０】
他の実施形態において、照明光束を検出器上の画像領域内への縮小された走査領域の結像に対して合わせるために、走査ユニット内の光源に光学的手段が前もって設けられている。
【００２１】
本発明によれば、インクリメンタル目盛と同様に非周期的参照標識も備えた測定尺を走査することができ、したがって適切な位置測定装置を構成することができる。本発明による構成の重要な長所として、それと共に全部合わせて検出面を内蔵された検出器の様式に左右されずに縮小することができることが引き合いに出されている。従ってさらに、製造のための工程コストを低減することができるのと同様に、小型の検出器の僅かな容量に基づいた信号の質も高めることができる。
【００２２】
原則的に当然のことながら、透過光走査と同様反射光走査も本発明による構成と関連して実行することができる。同様に直線及び回転の位置測定装置とみなされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の他の特徴と長所は、後で述べる実施例の記載に基づき図と関連して説明する。
【実施例】
【００２４】
図２は極めて概略的な形で、反射光で作動する長さを測定するための位置測定装置を示す。測定方向Ｍに沿って、測定尺２が延在しており、この測定尺の向かい側に、測定方向（Ｍ）で相対的に運動可能に、測定尺２を走査するための走査ユニット１が設けられている。
【００２５】
測定尺２は測定方向Ｍに沿って、延在している直線状でかつ周期的な線目盛の形のインクリメンタル目盛２１を有するトラックと、並びにインクリメンタル目盛２１に並んで設けられ、少なくとも一つの参照標識２２を有するトラックとを備えている。測定方向Ｍで測定尺２に対して走査ユニット１を運動させる際に、走査ユニット１を用いてインクリメンタル目盛２１を走査することにより、測定尺２に対する走査ユニット１の運動（相対運動）の大きさを算出することができる。それに対して、参照標識２２により、公知の様式と方法で、参照位置における絶対関係の確立が可能になる。さらに多数の参照標識を測定トラックに沿って設けることができるのは当然である。
【００２６】
測定尺２を走査するために使用されている光電式走査ユニット１は、図示した実施例においては、導体板１０を備え、この導体板には光源１１が発光ダイオードの形で設けられ、並びに光源１１に対して間隔をおいて光電子検出器１９が設けられている。検出器１９は、この図ではわからないが、インクリメンタル目盛２１と参照標識２２を走査するための検出ユニットを備えている。
【００２７】
光源１１と光電子検出器１９を備えた導体板１０は、走査ケーシング内に設けられており、光源１１と向かい合ったこの走査ケーシングの側壁１２は、ここにある実施例においては、反射面として鏡を備え付けて形成されている。側壁を介して、光源１１から放射された光線Ｌは集光レンズ１３に向かって反射され、次いでこの集光レンズにより光線１１はここにある実施例においては、平行にされた光束として走査ケーシングの底面を形成しているガラス板を介して測定尺２まで案内される。
【００２８】
図１の実施例において、位置測定装置は反射光法で作動するシステムとして形成されている。光源１１から放射され、集光レンズ１３により平行にされた光は、ガラス板１５を通過した後、測定尺２により反射し、かつ検出平面において、二つのレンズ群３，４を備えたレンズ機構による結像を介して一定の縞パターンが生じる。さらに参照標識２２により光線を変調することにより、かつ二つのレンズ群３，４を備えたレンズ機構による結像を変調することにより、参照標識２２に関する特有な信号が発生可能である。
【００２９】
詳細においては後で説明されるべき、走査光路内のレンズ機構の側方での構成により、
図示した実施例において、測定尺２の走査領域は完全になるが、画像領域内へ面積的に縮小されて検出器１９上に形成される。このように必要な検出面積を縮小することが可能である。図２から明らかなように、レンズ機構は二つのレンズ群を備え、この二つのレンズ
群は二つの互いに平行に延在している平面３０，４０の各々一つ内に設けられている。この関係を図３の他の実施例の後に続く記載に従ってさらに詳しく具体的に説明する。
【００３０】
図３において、さらに概略的な様式と方法で、本発明による走査ユニットの第二実施例を備えた別の位置測定装置を示してある。第一実施例とは異なり、透過光で運転される位置測定装置が設けられており、この位置測定装置は本発明による走査ユニットの第二実施例と接続して運転される。
【００３１】
測定方向Ｍで互いに相対的に可動な状態で、さらに直線状に形成された測定尺２００と走査ユニットが設けられている。走査ユニットから、図３の図示において、一層わかりやすいとの理由から、走査ユニット内に設けられた構成部材だけが見てとれる。中でも走査ケーシングは割愛してある。
【００３２】
測定尺２００の側では、インクリメンタル目盛２１０を備えたトラックが設けられており、このトラックは、様々な透過率の周期的に交互の部分領域から成る。インクリメンタル目盛２１０を備えたトラックと並んで、参照標識２２０が測定尺２００上に設けられており、この参照標識は、透過率が異なる非周期的に連続の部分領域を備えている。透過光で行われるインクリメンタル目盛２１０の走査から、数値増加的信号を作ることができる。これは測定尺２００と測定方向Ｍに沿った走査ユニットの相対運動のための尺度を示す。これに反して参照標識２２０は、測定方向Ｍに沿って一定の参照位置において参照パルス信号を作るために使用される。
【００３３】
図３の描写において、走査側の構成部材から、  光源２１０、二つのレンズ群１３０，１４０すなわち二つのマイクロレンズアレーを備えたレンズ機構、並びに数値増加的信号と参照パルス信号のための分離した検出ユニット１９１，１９２を備えた検出器１９０が識別可能である。
【００３４】
光線Ｌを示している矢印を介して、図３において、両レンズ群１３０，１４０を備えた
レンズ機構を介した、測定尺２００上の走査領域から縮小された画像領域内への結像は、検出平面内に概略的に示してある。
【００３５】
この場合の例において、二つのレンズ群１３０，１４０から成るレンズ機構が設けられており、このレンズ機構はインクリメンタル目盛２１０の走査領域からの結像と同様に、参照標識２２０の走査領域からの結像のためにも利用される。代替案としてこれについては、当然のことながらさらにこの目的のための独自に最善の状態にされたレンズ機構を利用することができる。
【００３６】
図３から明らかなように、走査ユニット内のレンズ機構は二つのレンズ群１３０，１４０すなわちマイクロレンズアレーを備え、この二つのレンズ群は、二つの平行に延在している平面の各々一つ内に設けられている。さらに個々のレンズ群１３０，１４０は各々多数の同一の個々のレンズから成る。この際レンズ群１３０，１４０はどちらも各々測定方向Ｍで一定の走査パターン内に設けられており、この場合両レンズ群１３０，１４０の走査パターンは互いに明確に異なっている。測定方向Ｍにおいて、異なる走査パターンによりもたらされる両レンズ群１３０，１４０のズレは、図３に概略的に示してある。選択されたズレに基づき、結局レンズ機構の所望の結像特性、すなわち検出器側の画像領域内への縮小された走査領域の結像が保証される。
【００３７】
レンズ機構を介したこの結像の基礎となっている原理と関係を、図４ａと４ｂに基づき詳しく説明する。
【００３８】
図４ａは概略的な形で、レンズ機構Ｌの二つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２を用いた周期的インクリメンタル目盛ＭＩＮＣの走査領域Ａの検出平面Ｄ内の縮小された画像領域内への結像を示す。検出平面内に設けられた検出器は図示していないが、この検出器は公知の様式と方法で平坦な検出部材すなわちフォトダイオードアレイ等として形成されていてもよい。この結像例において実現される結像倍率は１よりも大きいが、原則的にほかに選択されてもよい。
【００３９】
レンズ群Ｌ１の個々のレンズを介して、まず第一結像部分において、周期的インクリメンタル目盛ＭＩＮＣの走査領域Ａの部分あるいは部分領域の一つあるいは複数の中間画像ＺＢ内への結像が行われる。作られた中間画像ＺＢは、レンズ機構Ｌの第一及び第二レンズ群Ｌ１，Ｌ２の間の中間画像平面内にある。最後に第二レンズ群Ｌ２のレンズを介して、様々な中間画像ＺＢは相が適切に重畳して検出平面Ｄ内に形成される。第二結像部分内で生じる画像側の部分画像ＴＢの正確な重畳に基づき、検出平面Ｄ内において画像領域Ｂ内の所望の画像領域の削減が行なわれる。測定方向Ｍにおける第一レンズ群Ｌ１の個々のレンズに向かい合った、第二レンズ群Ｌ２の個々のレンズのすでに前に触れた一定のズレ間隔Ｖｉは、第二結像部分における異なる中間画像の画像領域が縮小された重畳に役立つ。従って両レンズ群Ｌ１，Ｌ２の走査パターンは、限定された様式と方法とは異なる。ズレ間隔Ｖｉは両レンズ群Ｌ１，Ｌ２の第一レンズペアに関して図４ａに概略的に示してある。互いに関連する両レンズ群Ｌ１，Ｌ２のレンズ間のズレ間隔Ｖｉは、測定方向Ｍに沿って変化する。従って、この実施例においては、たとえば第二レンズ群Ｌ２の中心レンズがレンズ機構全体の対称軸線Ｓに対して対称に設けられている。測定方向Ｍで左右に接続している、第二レンズ群Ｌ２のレンズは、各々所属している第一レンズ群Ｌ１のレンズに対して、対称軸線Ｓを出発して大きくなっているズレ間隔Ｖｉを備えている。これは外側に配置されている第二レンズ群Ｌ２のレンズが各々、第一レンズ群Ｌ１の属しているレンズに対して大きなズレ間隔Ｖｉを有していることを意味する。
【００４０】
図４ａに示した個別の結像光路から明らかなように、第二レンズ群Ｌ２のレンズをずらして配設することにより、対称軸線Ｓにおける結像されるべき走査領域Ａのさらに外側にある部分領域ＴＡは、検出平面Ｄの方向へずらされて形成される。従って例えば左側で外側にある部分領域ＴＡは、対称軸線Ｓに向ってずれた結像側の部分領域ＴＢ内に形成される。同時にここにある例において、結像ＴＢ内の走査された部分領域ＴＡは拡大される、すなわち結像倍率はβ＞１に選択される。この結像倍率に基づき、結像内において周期的構造は部分周期Ｔ‘＝β×Ｔを有する。
【００４１】
全ての個々の部分画像の相が適切な重畳から、検出平面Ｄ内で最後に画像領域が縮小された走査領域Ａの画像が得られる。しかしながら同時に適切なズレの選択に基づき、走査領域Ａにおける走査されたインクリメンタル目盛の周期性、従って検出側で使用可能な情報はレンズ群Ｌを介した結像により保持状態にあることが保証される。
【００４２】
図４に基づき、引き続いて重要でかつ幾何学的な関係は、生じる結像にあってはレンズ機構を介して詳細に説明する。この図では、検出平面Ｄにおいて、対象物側の物体ｈのレンズ機構の両レンズＬ１，Ｌ２を介した、中間画像ｈ‘と結果としての画像ｈ“内への結像が示してある。
【００４３】
さらに図４ｂには、以下の記載において引き合いに出される異なる幾何学的な大きさが描かれている。ｄ１あるいはｄ２を用いて、第一及び第二レンズ群Ｌ１，Ｌ２のレンズのレンズ幅は、各々のレンズ群Ｌ１，Ｌ２の延在方向に表示される。大きさＶｉにより第一及び第二レンズ群Ｌ１，Ｌ２の互いに関連しあうレンズの光学軸線ＯＡＬ１，ＯＡＬ２のズレが決まる。この際ズレＶｉはすでに前に示したように一定の様式と方法でレンズ機構の延在方向に沿って変化する。
【００４４】
レンズ機構Ｌを介して行われる結像は、結果としての結像倍率β＝β１×β２を有する。β１及びβ２は第一及び第二レンズ群Ｌ１，Ｌ２の各々の結像倍率を示す。
【００４５】
第一レンズ群Ｌ１を介した第一結像後、中間画像平面で同相の中間画像ｈ‘が生じるように、以下の条件（１）を第一レンズ群Ｌ１のレンズのために守らねばならない。同相の中間画像の下で、このつながりにおいては、生じた中間画像ｈ’が同一であり、かつ第一レンズ群Ｌ１のレンズの光軸に対して同一の位置に付くことがわかる。
ｄ１＝ｎ×Ｔ                                                  （Ｇｌ.１）
ここで、ｄ１は第一レンズ群Ｌ１におけるレンズの幅であり、Ｔは走査されたインクリメンタル目盛の目盛周期であり、ｎは自然数（１，２，３....）である。
【００４６】
第一及び第二レンズ群Ｌ１，Ｌ２間の中間平面内のこのように生じた物体ｈの中間画像ｈ‘は、第二レンズ群Ｌ２のレンズに関する、ズレ間隔Ｖｉの適切な選択を介して、検出側の最終画像において同相で正確に重畳しなければならい。画像領域内において、走査されたインクリメンタル目盛の周期的構造に関する情報は壊してはならない。
【００４７】
後に述べる考察にあって、すでに前に示したように、中心に設けられた両レンズ群のレンズの光学軸ＯＡＬ１，ＯＡＬ２は、レンズ機構の対称軸線Ｓの領域内で一直線に並んでおり、対称軸線Ｓから出発してズレ間隔Ｖｉは外面的に増大することを出発点とする。従って原則として、ズレ間隔Ｖｉは対称軸線Ｓからの距離に依存しており、かつ大きさｄ１及びｄ２の差の何倍もの量に相当する。
β２×Ｖｉ＝ｉ×（ｄ１−ｄ２）×β１＝ｉ×ｄ１      （Ｇｌ.  ２）
すなわち、  β２×（ｄ１−ｄ２）＝ｄ１                          （Ｇｌ.  ３）
Ｆ＝ｄ１×ｄ２／（ｄ１−ｄ２）                      （Ｇｌ.  ４）
この場合、Ｆは延在方向における、レンズ機構の最大許容延長量（Ausdehnung）である。よってＦは以下のようになる。
Ｆ＝β２×ｄ２                                      （Ｇｌ.  ５）
従って（Ｇｌ.  ５）において、β２は第二レンズ群Ｌ２内の最高レンズ数を示す。
【００４８】
続いて、周期的なインクリメンタル目盛を備えた走査領域を結像するために、一般的な事例を説明する。この事例では、第二結像を介して検出平面における個別に結像された走査領域の部分領域間の部分画像の相が適切なズレも可能である。これは、それにもかかわらず結果としての画像において、走査領域の周期性に関する情報は維持されたままである。
この場合以下のようになる。
β２×（ｄ１−ｄ２）＝ｄ１−ｋ×β１×β２×Ｔ      （Ｇｌ.  ６ａ）
β２×（ｎ×Ｔ−ｄ２）＝（ｎ−ｋ×β１×β２）×Ｔ  （Ｇｌ.  ６ｂ）
この場合ｋは自然数でｋ＞０である。
第二レンズ群Ｌ２のレンズの選択されるべきレンズ幅のための関係（Ｇｌ.  ７）は以下の通りである。
ｄ２＝（β２×ｎ＋ｋ×β１×β２−ｎ）×Ｔ          （Ｇｌ.  ７）
（Ｇｌ.１）と（Ｇｌ.  ７）の関係は、説明した境界条件下における適切なレンズ機構に関する重要な設計規定を示す。これらの方程式により、レンズ機構の延在方向での両レンズ群Ｌ１，Ｌ２における個々のレンズの必要なレンズ幅ｄ１，ｄ２は明確にされる。
【００４９】
締めくくりとして、この関連において、再度、結果として生じる画像領域‐縮小にもかかわらずこのようなレンズ機構を介して任意でかつ結果として生じる結像倍率β＝β１×β２が、レンズ機構に応じて選択できることが指摘される。図４ａの例として、例えば結果として生じる結像倍率β＞１が得られる。画像Ｔ‘においてインクリメンタル目盛の走査される目盛周期の拡大が生じる。すなわちＴ’＝β×Ｔである。
【００５０】
周期的インクリメンタル目盛を備えた測定尺の適した結像の隣で、レンズ機構の適切な設計により、検出平面の縮小された画像内において、非周期的参照標識を備えた測定尺の結像が行われる。このような結像の詳細は後に続く図５に基づき説明する。
【００５１】
図５では、検出平面Ｄの縮小された画像Ｂ内において、適切なレンズ機構Ｌを介して、非周期的参照標識ＭＲＥＦを備えた走査領域Ａの測定尺の側への結像が行われる。
【００５２】
走査領域Ａ内に配置された非周期的参照標識ＭＲＥＦは、この例において、全部で五つの同一な参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４から成る。これらの間には、各々不透過性かあるいはしかし反射しない領域が測定尺上に設けられている。ＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４は各々、非周期的構造を有しており、様々な光学特性（例えば不透過性の／透過性の、わずかに反射する／かなり反射する等）を備えた連続した部分領域から成る。五つの参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４を備えた走査領域Ａは、両レンズ群Ｌ１，Ｌ２を備えたレンズ機構Ｌを介して、検出平面Ｄの縮小された画像Ｂ内に結像される。画像領域Ｂには、走査領域Ａの画像が生じ、この画像は走査領域Ａ内に設けられた非周期的参照標識ＭＲＥＦと一定の関係がある。この際レンズ機構Ｌを介した結像により、個々の参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４の唯一の最終画像に対する画像側の重畳が行なわれ、この最終画像は検出平面Ｄにおいて、参照パルス信号を発生させるために適切な−図示していない−検出ユニットを用いて走査可能である。インクリメンタル走査の例にあるように、レンズ機構Ｌを介した走査領域Ａの走査された構成の拡大が行なわれる。言い換えれば結像倍率β＞１である。
【００５３】
高性能の参照パルス信号を発生させるために、この例においては、測定尺上で五つの同一な参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４を測定方向Ｍに沿って一定の走査パターン内に設けることが行なわれている。この際中央に設けられた参照標識ユニットＭＲＥＦ，０に対する参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４の対称的配設が選択される。対称軸線Ｓに対して左右に隣接して配置された参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４は各々、参照標識ユニットＭＲＥＦ，０に対して間隔２ｄ１あるいは５ｄ１で設けられている。ここではｄ１により、第一レンズ群Ｌ１におけるレンズ（ｉ＝１，....１１）の直径が示されている。原則的に、同じ走査パターンにおいては、各々二つの設けられた参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４を外側領域内に配置することができる。
【００５４】
参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４のこの配設走査パターンに調和した状態で、さらにレンズ機構Ｌにおいては、ただ対応する走査パターン内に設けられたレンズ対Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉだけは結像がアクティブである。これは、この例の結像に関しては、単にレンズ対Ｌ１１，Ｌ２１；Ｌ１４，Ｌ２４；Ｌ１６，Ｌ２６；Ｌ１８，Ｌ２８及びＬ１１１，Ｌ２１１が利用されることを意味する。その中間にあるレンズ対は利用されず、対象外にされるかあるいは他に光学的に働かなくなるかのどちらかである。
【００５５】
すでに冒頭で説明したインクリメンタル目盛の結像を用いた例のように、第一レンズ群Ｌ１の結像アクティブなレンズＬ１１，Ｌ１４，Ｌ１６，Ｌ１８，Ｌ１１１を使用した第一結像部分を介して、結像する非周期的参照標識ユニットＭＲＥＦ，０−ＭＲＥＦ，４の中間画像ＺＢ１，ＺＢ４，ＺＢ６，ＺＢ８，ＺＢ１１が作られる。これに対して、少なくとも第二レンズ群Ｌ２の中心ではない結像アクティブなレンズＬ２１，Ｌ２４，Ｌ２６，Ｌ２８，Ｌ２１１は、第一レンズ群Ｌ１のレンズに対してずれた状態で設けられている。対称軸線Ｓから出発して、選択されたズレは外側に向かって増大する。従って第二結像部分を介して、対称軸線Ｓの方向で外側の中間画像ＺＢ１，ＺＢ４，ＺＢ６，ＺＢ８，ＺＢ１１のずれた結像が再度行われる。このズレは、縮小された画像領域内の中間画像ＺＢ１，ＺＢ４，ＺＢ６，ＺＢ８，ＺＢ１１が全て、相が合っている重畳部分になるように選択されている。そこで結果として生じる画像は、非周期性を備え、この非周期性は結像する参照標識ＭＲＥＦと特定の関連がある。
【００５６】
非周期的参照標識のこの結像の場合、先に説明した（Ｇｌ.１）を満たす必要はない。これは、単に走査領域内の周期的構造の結像の場合に使用されるにすぎない。考慮すべき寸法を決める規則として、非周期的構造の結像によるこの例に関する先の討議される関係から、単に（Ｇｌ.  ３）が残るにすぎず、（Ｇｌ.  ３）は、とりわけ両レンズ群Ｌ１，Ｌ２のレンズの直径ｄ１，ｄ２に関連して考慮しなければならない。
【００５７】
締めくくりに、挙げた実施例について補足するようにして、尚、他の代替的形態の変形が述べられており、この変形は同様に全体として冒頭で説明した本発明による原理と関連して実現可能である。
【００５８】
したがって、測定尺上での直接走査された走査領域の説明した結像と並んで、当然のことながら、適切に形成されたレンズ機構を用いた、画像領域が縮小された中間画像の結像も本発明により行われることが示してある。これは例えば他の走査原理の場合に必要であり、この原理において、走査光路内において、測定尺と他の目盛構造を用いた走査光束の相互作用から中間画像が生じる。この中間画像は、検出平面内へ伝達しなければならない
重要な走査情報を含んでいる。
【００５９】
さらに光源に光学手段を前もって設けることが長所であることが証明され、この光学手段は、照明光束を検出器上の画像領域内への縮小された走査領域の結像に対して合わせる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１ａ】従来技術によるレンズ機構を使用する場合の結像倍率を示す図である。
【図１ｂ】従来技術によるレンズ機構を使用する場合の結像倍率を示す図である。
【図２】本発明による走査ユニットの実施例を用いた反射光式位置測定装置の概略図である。
【図３】本発明による他の走査ユニットの実施例を用いた透過光式位置測定装置の概略図である。
【図４ａ】本発明による走査ユニットの半分を使用した、インクリメンタル目盛を用いて測定尺を走査することを説明するための概略図である。
【図４ｂ】本発明による走査ユニットの半分を使用した、インクリメンタル目盛を用いて測定尺を走査することを説明するための概略図である。
【図５】本発明による走査ユニットの半分を使用した、非周期的な参照標識を用いて測定尺を走査することを説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１        走査ユニット
２        測定尺
３        レンズ群
４        レンズ群
１９      検出器
２１      インクリメンタル目盛
２２      参照標識
３０      レンズ群
４０      レンズ群
１３０    レンズ群
１４０    レンズ群
１９０    検出器
２００    測定尺
２１０    インクリメンタル目盛
２２０    参照標識
Ａ        走査領域
Ｂ        画像領域
Ｌ        レンズ機構
Ｌ１      レンズ群
Ｌ２      レンズ群
ＭＩＮＣ    インクリメンタル目盛
ＭＲＥＦ    参照標識
Ｓ        対称軸線
ＴＢ      部分画像
ＺＢ      中間画像
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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