(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査構成ユニット（１０．１，１０．２，１０．３）の内部空間（１５．１，１５．２，１５．３）内の熱を発生させる少なくとも１つの電気構成要素（７．１，７．２，７．３）を有し、
測定すべき物体（１）に位置を一定に取り付け可能である１つの本体（１１．１，１１．２，１１．３，１１．４）を有し、この物体（１１．１，１１．２，１１．３，１１．４）は、第１接触面（１１１．１，１１１．２，１１１．３，１１１．４，１１．５）によって前記測定すべき物体（１）の第１地点（１．１１，１．１２）に当接し、
第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３，１２１．４，１２１．５）を有する１つの接触要素（１２．１，１２．２，１２．３，１２．４，１２．５）を有し、この第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３，１２１．４，１２１．５）は、前記本体（１１．１，１１．２，１１．３，１１．４）の取り付け時に前記測定すべき物体（１）の第２地点（１．２）に当接し、
１つの熱伝導路（１３．１，１３．２，１３．３）を有し、前記電気構成要素（７．１，７．２，７．３）で発生した熱が、前記走査構成ユニット（１０．１，１０．２，１０．３，１０．４）の前記内部空間（１５．１，１５．２，１５．３）から前記接触要素（１２．１，１２．２，１２．３，１２．４，１２．５）まで伝達するように、前記熱伝導路（１３．１，１３．２，１３．３）は設計されている、スケール（３）の測定目盛（８）を走査するエンコーダの走査構成ユニット。
【請求項２】
前記第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３，１２１．４，１２１．５）は、弾性的に撓むように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の走査構成ユニット。
【請求項３】
前記第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３，１２１．４，１２１．５）は、弾性の板として形成されていて、この弾性の板は、前記測定すべき物体（１）の前記第２地点（１．２）の方向に弾性に偏位可能に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の走査構成ユニット。
【請求項４】
前記第２接触面（１２１．２）は、弾性手段（１６．２）によって前記本体（１１．２）に接して撓むように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の走査構成ユニット。
【請求項５】
前記第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３，１２１．４，１２１．５）は、取り外し可能な蓋の構成要素であり、この蓋は、前記走査構成ユニット（１０．１，１０．２，１０．３）の前記内部空間（１５．１，１５．２，１５．３）を覆うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の走査構成ユニット。
【請求項６】
前記第１接触面（１１１．１，１１１．２，１１１．３）は、取り付けられていない状態では前記第２接触面（１２１．１，１２１．２，１２１．３）から離れて配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の走査構成ユニット。
【請求項７】
前記接触要素（１２．１，１２．２，１２．３，１２．４，１２．５）は、前記本体（１１．１，１１．２，１１．３，１１．４）に対して熱絶縁されて配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の走査構成ユニット。
【請求項８】
前記熱伝導路は、弾性的に形成されている熱伝導要素（１３．１，１３．２，１３．３）を前記電気構成要素（７．１，７．２，７．３）と前記接触要素（１２．１，１２．２，１２．３）との間に有し、前記熱伝導要素（１３．１，１３．２，１３．３）が、一方では前記電気構成要素（７．１，７．２，７．３）に接触し、他方では前記接触要素（１２．１，１２．２，１２．３）に接触することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の走査構成ユニット。
【請求項９】
走査板（４．１，４．２，４．３）が、前記本体（１１．１，１１．２，１１．３）に固定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の走査構成ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダの走査構成ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば米国特許出願公開第2004/0263846号明細書中に記されているようなエンコーダが、長さ及び変位を測定するために使用され、特に、加工すべき未加工品に対する工具の相対運動を測定する工作機械で使用され、座標測定機で使用され、ウェハーを位置決めする半導体産業でも益々使用される。
【０００３】
エンコーダに対するより高い分解能，より高い精度及び位置測定の再現性の持続した要求は、益々高まっている。この場合、機械的な構造をコンパクトにしなければならず、測定値を簡単に且つ耐ノイズ性に生成して測定値を伝送しなければならない。
【０００４】
コンパクトな構造，耐ノイズ性な測定値の生成及び測定値の伝送は、次第により多くの電気構成要素を走査構成要素自体内に組み込むことを条件とする。したがってこの目的のために、センサーチップが益々使用される。これらのセンサーチップ内では、センサ、光電走査可能なスケールに隣接した例えば光感知式の検出器のアレイ並びに例えばＡ／Ｄ変換器，増幅器，マイクロプロセッサ及びインターフェースのような信号処理手段が、最小な空間に配置されている。さらに、エンコーダの走査構成ユニットによって走査すべき測定目盛は益々より細かくなり、スケールに対する走査構成ユニットの走行速度は益々より高くなる。このことは、信号処理手段によって処理しなければならない走査信号の周波数を著しく高くする。その結果、走査構成ユニット内で発生する熱が増大する。寿命が低下し、識別データが時間と共に変化するので、この熱は、一方では電気構成要素自体に悪影響を及ぼす。走査構成ユニットの構造部品が任意に膨張するので、この熱は、他方では走査構成ユニットの機構にも悪影響を及ぼす。その結果、測定精度が悪化しうる。
【特許文献１】米国特許出願公開第2004/0263846号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、高い測定精度が実現可能である走査構成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】
【０００６】
この課題は、本発明により、請求項１に記載の特徴によって解決される。
【０００７】
走査構成ユニットのコンパクトな構造が、本発明によって可能になる。この場合、高い測定精度及び再現可能な位置測定も実現可能である。
【０００８】
このことは：
走査構成ユニットの内部空間内の熱を発生させる少なくとも１つの電気構成要素を有し、
測定すべき物体に位置を一定に取り付け可能である１つの本体を有し、この場合、この物体は、第１接触面によってこの測定すべき物体の第１地点に当接し、
第２接触面を有する１つの接触要素を有し、この第２接触面は、本体の取り付け時に測定すべき物体の第２地点に当接し、
１つの熱伝導路を有し、これに対して、電気構成要素で発生した熱が、走査構成ユニットの内部空間から接触要素まで伝達するように、この熱伝導要素は設計されている、スケールの測定目盛を走査するエンコーダの走査構成ユニットによって解決される。
【０００９】
本発明の好適な構成は、従属請求項中に記載されている。
【００１０】
第２接触面が弾性的に撓むように構成されている場合、特に好適な構造が得られる。このため、第２接触面は、弾性の板の一部である。この弾性の板の一部は、測定すべき物体の第２地点の方向に弾性に偏位可能に形成されている。この代わりに、第２接触面又は接触要素が、弾性手段によって本体に接して撓むように配置され得る。これらの弾性手段は、接触要素と本体との間を密閉する機能を同時に行う。
【００１１】
第２接触面は、好ましくは取り外し可能な蓋の構成要素である。この蓋は、走査構成ユニットの内部空間を覆う。
【００１２】
第１接触面は、取り付けられていない状態では第２接触面から離れて配置されている。このため、第２接触面が、測定すべき物体に既に接触している後に初めて、第１接触面が、この測定すべき物体に接触する。
【００１３】
特に接触要素は、本体に対して熱絶縁に配置されている。その結果、放出すべき熱が、本体に向かって伝達されない。
【００１４】
熱を発生させる電気要素から接触要素にかけた熱伝導路は、弾性に形成されている特に熱伝導要素を有する。特にこの熱伝導要素は、電気絶縁でもある。この熱伝導要素は、熱を発生させる電気構成要素と接触要素との間に特に挟み込まれて配置されている。この場合、この熱伝導要素は、一方では電気構成要素に接触し、他方では接触要素に熱伝導性に接触する。
【００１５】
エンコーダの精度を決定する走査板が、本体に適切に固定されている。
【００１６】
本発明を複数の実施の形態によって詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、図中では光学式の測距装置の例で示されている。測定方向Ｘに相対運動可能な２つの物体１及び２の相対位置が、この測距装置によって測定されなければならない。この場合、スケール３が、このスケール３に対して測定方向Ｘに相対運動可能な走査構成ユニット１０によって走査される。スケール３は、測定目盛８を有する。この走査目盛８は、走査構成ユニット１０によって照射式に走査される。以下に、本発明にしたがって構成された走査構成ユニット１０のいろいろな別形態を詳しく説明する。走査構成ユニットのいろいろな別形態は、以下では符号１０とインデックスとしての別形態の番号とによって示される。
【００１８】
図１〜３中には、走査構成ユニット１０．１の第１の別形態が示されている。この走査構成ユニット１０．１は、光束を放射する図示しなかった照明ユニットを有する。この光束は、スケール３に当たり、このスケール３の測定目盛８によって反射され、走査板４．１を再び通過し、最後に光感知式の走査センサ５．１に当たる。この場合、走査構成ユニット１０の光束は、スケール３の測定目盛８によって位置に依存して変調される。走査板４．１は、発生した光束に合わせられた走査目盛を公知の方式で有する。
【００１９】
走査センサ５．１は、例えば専用カスタムＩＣとして構成されて配線基板６．１上に存在する。走査信号を処理するその他の電気構成要素、例えばＡ／Ｄ変換器，増幅器７．１，マイクロプロセッサ又はインターフェースユニットが、配線基板６．１上に存在する。これらの電気構成ユニットは、走査センサと共に１つの専用カスタムＩＣ内で一緒に構成されてもよい。
【００２０】
走査構成ユニット１０．１のコンパクトな構造を実現するため、電気構成要素５．１，７．１が、走査構成ユニット１０．１の内部空間１５．１内で保護されて配置されている。測定目盛８の小さい目盛周期及びスケール３に対する走査構成ユニット１０．１の高い走行速度に基づいて、高い周波数の周期の走査信号が生成される。これらの走査信号が、その他の電気構成要素、特に増幅器７．１によって少ないノイズでさらに処理される必要がある。−例えば増幅器７．１だけが概略的に示され且つ付記されている−これらの電気構成要素は、走査信号を処理するために高いエネルギーを必要とし、それ故に比較的多い損失熱を発生させる。
【００２１】
走査構成ユニット１０．１は、本体１１．１を有する。走査板４．１が、本体１１．１に固定されている。走査センサ５．１が、スケール３と走査板４．１との間の相対位置を検出する。その結果、走査板４．１は、走査構成要素１０．１の精度を決定する構成要素である。走査板４．１は、本体１１．１によって測定すべき一方の物体１に固定して取り付け可能である。この取り付けは、特に剛性に実施する必要がある。それ故に平坦な接触が、本体１１．１と測定すべき物体１との間で実現される。この接触は、示された例ではボルト１４．１によって実施される。
【００２２】
熱を発生させる電気構成要素７．１を伴う配線基板６．１が、本体１１．１に熱絶縁に取り付けられていて、この本体１１．１と一緒に操作可能である。配線基板６．１自体が、僅かな熱伝導の材料から成り、及び／又は、配線基板６．１が、熱絶縁媒体を介して及び／又は可能な限り僅かな接触によって本体１１．１に固定されていることによって、この取り付けは実現され得る。熱を発生する電気構成要素７．１から出発して走査構成要素１０．１の接触要素１２．１にかけて、熱伝導路が設けられている。この熱伝導路は、この例では熱伝導要素１３．１を有する。これに対して、電気構成要素７．１で発生した熱が、走査構成ユニット１０．１の内部空間１５．１から接触要素１２．１まで伝達するように、この熱伝導要素１３．１は設計されている。この示された例では、熱伝導要素１３．１は、弾性的に撓う電気絶縁部材である。この電気絶縁部材は、一方では電気構成要素７．１に可能な限り密着し且つ広い面で接触し、他方では接触要素１２．１に可能な限り密着し且つ広い面で接触する。熱伝導要素１３．１は、電気構成要素７．１と接触要素１２．１との間に平坦に配置されていて且つ締め付けられている。熱伝導要素１３．１は、この例では熱伝導膜、ソフトサーム膜としても提供される特に熱伝導性の重合体膜である。
【００２３】
本体１１．１は、特に頑丈に構成されていて且つ接触面１１１．１を有する。これらの接触面１１１．１は、第１地点１．１１及び１．１２で取り付ける時に固定要素としてのボルト１４．１によって測定すべき物体１に接触する。
【００２４】
接触要素１２．１は、この示された例では走査構成ユニット１０．１の蓋として構成されている。この蓋は、本体１１．１の接触面１１１．１に対して撓む。その結果この蓋は、取り付け時に邪魔にならない。本体１１．１の取り付け時でも測定すべき物体１との良好に熱を伝達する接触を実現するため、接触要素１２．１の接触面１２１．１が嵩高に構成されていて且つ弾性に撓む。この可撓性は、平坦に外側に曲げることによってつまり薄い板、例えば蓋を平らに打ち出すことによって実現される。図２中で明らかであるように、この嵩高な接触面１２１．１は、本体１１．１の互いに離れている２つの接触面１１１．１間に立体的に存在する。本体１１．１のこれらの接触面１１１．１は、この例では嵩高な接触要素１２．１の接触面１２１．１に対して平行に配置されている。
【００２５】
接触要素１２．１の材料が熱を良好に伝達するように、この材料は選択されている。接触要素１２．１は、例えば熱絶縁の中間要素を設けることによって本体１１．１に対して熱絶縁に配置され得る。これらの中間要素は、同時に接触要素１２．１と本体１１．１との間の密閉部材として作用できる。
【００２６】
図３は、接触要素１２．１の撓む接触面１２１．１の機能を概略的に示す。本体１１．１の精度を決定する接触面１１１．１は、ボルト１４．１によって測定すべき物体１に結合される。走査構成要素１０．１のこの取り付けの場合、接触要素１２．１の接触面１２１．１も、測定すべき物体１に接触する。広い面で且つ密着する接触を保証するため、本体１１．１の位置決めに影響することなしに、接触面１２１．１が、固定方向に、すなわち接触面１２１．１に対して垂直な方向に弾性的に撓む。接触要素１２．１の接触面１２１．１と電気構成要素７．１との間に存在する熱伝導要素１３．１も、接触要素１２．１の撓む方向に撓むので、熱伝導が保証されている。確実な熱伝導路が、これらの手段によって電気構成要素７．１から熱伝導要素１３．１を通じて良好に熱を伝達する接触面１２１．１にかけて、さらに測定すべき物体１にかけて提供される。これによって、走査構成ユニット１０．１の熱が、測定すべき物体１の方向に適切に伝達する。この物体１は、ヒートシンクとして作用する。この場合、ヒートシンクとは、測定すべき物体１の熱容量が走査構成ユニット１０．１の熱容量より大きく、それ故に走査構成ユニット１０．１から測定すべき物体１中に入った熱が良好に広がることを意味する。これによって、一方では走査構成ユニット１０．１からの良好な熱の伝達が保証され、他方では測定すべき物体１の温度も、熱の分散に起因してほんの少ししか上昇しない。これらの接触面１１１．１は、一方では取り付け面内で接触面１２１．１から互いに離れて配置されていて、他方では、図４に基づいて明らかであるように、蓋の元に戻された形によって互いに離れて配置されている。
【００２７】
測定動作中に、すなわち走査構成ユニット１０．１が、測定すべき物体１に対して取り付けられている場合、接触要素１２．１が、第２地点１．２で測定すべき物体１に熱を良好に伝達するように接触している。その結果、熱が、この測定すべき物体１に対して放出され得る。
【００２８】
図示しなかった方式では、冷媒が、測定すべき物体１に対して設けられることによっても、放熱がさらに支援され得る。これらの冷媒は、冷却フィン又は冷媒が通流する流路でもよい。
【００２９】
走査構成要素１０．２の第２の実施の形態が、図４中に横断面で概略的に示されている。接触要素１２．２が、走査構成要素１０．２の内部空間１５．２を覆う同様に蓋から形成される。上述した第１の実施の形態と違って、ここでは、接触要素１２．２自体が弾性に形成されているのではなくて、接触要素１２．２が、弾性手段１６．２を介して本体１１．２に偏位可能に支承されていることによって、接触面１２１．２の可撓性が保証されている。弾性的に撓む手段１６．２は、この例では接触要素１２．２と本体１１．２との間を確実に密閉する機能も有する。走査板４．２，走査センサ５．２，配線基板６．２，電気構成要素７．２，熱伝導要素１３．２及び本体１１．２の接触面１１１．２のようなその他の図示された要素は、第１の実施の形態に一致する。
【００３０】
図５中には、走査構成ユニット１０．３の第３の別形態が示されている。走査板４．３，配線基板６．３，熱伝導要素１３．３及び電気構成要素７．２のような図示された要素は、第１の実施の形態に一致する。走査構成ユニット１０．３は、スケール３上に当たる光束を放射する照明ユニットを有する。この光束は、スケール３の測定目盛８によって反射され、走査板４．３を再び通過し、最後に光感知式の走査センサ５．３上に当たる。この場合、この光束は、スケール３の測定目盛８によって位置に依存して変調される。走査板４．３は、発生した光束に合わせられた周期的な走査目盛を公知の様式で有する。
【００３１】
走査センサ５．３は、配線基板６．３上に存在する。走査信号を処理するその他の電気構成要素、例えばＡ／Ｄ変換器，増幅器７．３，マイクロプロセッサ又はインターフェースユニットが、配線基板６．３上に存在する。
【００３２】
走査構成ユニット１０．３のコンパクトな構造を実現するため、電気構成要素５．３，７．３は、走査構成ユニット１０．３の内部空間１５．３内に配置されている。測定目盛８の小さい目盛周期及びスケール３に対する走査構成ユニット１０．３の高い走行速度に基づいて、高い周波数の周期の走査信号が生成される。これらの走査信号が、その他の電気構成要素、特に増幅器７．３によって少ないノイズでさらに処理される必要がある。−例えば増幅器７．３だけが概略的に示され且つ付記されている−これらの電気構成要素は、走査信号を処理するために高いエネルギーを必要とし、それ故に比較的多い損失熱を発生させる。
【００３３】
走査構成ユニット１０．３は、本体１１．３を有する。走査板４．３が、本体１１．３に固定されている。走査センサ５．３が、スケール３と走査板４．３との間の相対位置を検出する。その結果、走査板４．３は、走査構成要素１０．３の精度を決定する構成要素である。走査板４．３は、本体１１．３によって測定すべき一方の物体１．３に固定して取り付け可能である。この取り付けは、特に剛性に実施する必要がある。それ故に平坦な接触が、第１地点の本体１１．３と測定すべき物体１との間で実現される。この接触は、示された例ではボルト１４．３によって実施される。
【００３４】
熱を発生させる電気構成要素７．３を伴う配線基板６．３が、本体１１．３に熱絶縁に取り付けられていて、この本体１１．３と一緒に操作可能である。熱を発生する電気構成要素７．３から出発して走査構成要素１０．３の接触要素１２．３にかけて、熱伝導路が設けられている。この熱伝導路は、熱伝導要素１３．３を有する。これに対して、電気構成要素７．３で発生した熱が、走査構成ユニット１０．３の内部空間１５．３から接触要素１２．３まで伝達するように、この熱伝導要素１３．３は設計されている。この示された例では、熱伝導要素１３．３は、弾性的に撓う電気絶縁部材である。この電気絶縁部材は、一方では電気構成要素７．３に可能な限り広い面で接触し、他方では接触要素１２．３に可能な限り広い面で接触する。熱伝導要素１３．３は、この例では熱伝導膜、ソフトサーム膜としても提供される特に熱伝導性の重合体膜である。
【００３５】
走査構成ユニット１０．３は、本体１１．３を測定すべき物体１に取り付けることによって位置を一定に固定される。この場合、本体１１．３が、第１接触面１１１．３によって第１地点で測定すべき物体１に当接し、接触要素１２．３が、第２接触面１２１．３によって第２地点で測定すべき物体１に当接する。接触要素１２．３の接触面１２１．３、すなわち第２接触面１２１．３が、取り付けのために弾性的に撓む、すなわち弾性である。これによって、一方では測定すべき物体１との確実な平面接触が保証されていて、他方では取り付け時の余計な測定が不要であり、本体１１．３に対する反作用がない。この弾性的な可撓性は、この例では接触要素１２．３の１つの領域の雷門形状の構造によって実現されている。
【００３６】
図６及び７中には、本体１１．４の互いに垂直に配置された２つの接触面１１１．４及び１１１．５を有する走査構成ユニット１０．４が概略的に示されている。このことは、これらの接触面１１１．４又は１１１．５のうちの１つの接触面による測定すべき物体１に対する選択的な取り付けを可能にする。これらの取り付け形態の各々の場合、接触要素１２．４，１２．５の同様に互いに垂直に配置された接触面１２１．４及び１２１．５によって、これらの接触面１２１．４，１２１．５のうちの少なくとも１つの接触面が、測定すべき物体１に当接して、熱を伝達し、放熱することが保証されている。
【００３７】
図６中には、本体１１．４の接触面１１１．４が、接触要素１２．４の接触面１２１．４に対して平行に配置されている。本体１１．４の接触面１１１．４は、接触要素１２．４の接触面１２１．４から離れて測定すべき物体１に接触する。本体１１．４中への熱の伝達を阻止するため、この距離は、可能な限り大きくしなければならない。本体１１．４と接触要素１２．４との間の熱絶縁は、測定すべき物体１の適切な構造によってさらに向上され得る。図６の例の場合、本体１１．４との接触地点は、接触要素１２．４との接触地点から離れていて、測定すべき物体１は、１本の溝の形態の分離部分を有する。図７の例の場合、これらの接触地点は互いにさらに離れていて、測定すべき物体１の立体的な分離を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】走査構成ユニットを有する測距装置の投影図である。
【図２】Ａ−Ａに沿った図１の走査構成ユニットを示す。
【図３】Ａ−Ａに沿った図１の走査構成ユニットを測定すべき物体が取り付けられた状態で示す。
【図４】第２走査構成ユニットの横断面の原理図である。
【図５】第３走査構成ユニットの横断面の原理図である。
【図６】測定すべき物体に走査構成ユニットを取り付けた概略図である。
【図７】測定すべき物体に走査構成ユニットを取り付けたもう１つの概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１          物体
１．１１    第１地点
１．１２    第１地点
１．２      第２地点
２          物体
３          スケール
４．１      走査板
４．２      走査板
４．３      走査板
５．１      走査センサ
５．２      走査センサ
５．３      配線基板
６．１      配線基板
６．２      配線基板
６．３      配線基板
７．１      増幅器
７．２      電気構成要素
７．３      増幅器
８          測定目盛
１０        走査構成ユニット
１０．１    走査構成ユニット
１０．２    走査構成ユニット
１０．３    走査構成ユニット
１０．４    走査構成ユニット
１１．１    本体
１１．２    本体
１１．３    本体
１１．４    本体
１２．１    接触要素
１２．２    接触要素
１２．３    接触要素
１２．４    接触要素
１２．５    接触要素
１３．１    熱伝導要素
１３．３    熱伝導要素
１４．１    ボルト
１４．３    ボルト
１５．１    内部空間
１５．２    内部空間
１５．３    内部空間
１６．２    弾性手段
１１１．１  接触面
１１１．２  接触面
１１１．４  接触面
１１１．５  接触面
１２１．１  接触面
１２１．２  接触面
１２１．３  接触面
１２１．４  接触面
１２１．５  接触面
【図１】
0005171579.tif 000002
【図２】
0005171579.tif 000003
【図３】
0005171579.tif 000004
【図４】
0005171579.tif 000005
【図５】
0005171579.tif 000006
【図６】
0005171579.tif 000007
【図７】
0005171579.tif 000008