CN102252609A - 确定位置的装置及包括该装置的引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定位置的装置及包括该装置的引导系统。用于确定位置的装置，包括量表，其包括至少一个用于标记位置的标记和测量头，测量头可相对于量表移动，用以以光学方式扫描量表。测量头包括用于产生量表的图像的远心光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过该信号使得可能确定测量头相对于量表的位置。远心光学系统包括第一透镜元件和孔，第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且其包含光轴，孔布置在背离量表的透镜元件的一侧上的第一透镜元件的焦点处。远心光学系统包括模块，其中第一透镜元件是模块的一体组成部分，并且模块的表面的第一区域形成第一透镜元件的表面，且孔以第一镜面的形式实现，第一镜面实现在模块的表面的第二区域并相对于第一透镜元件的光轴倾斜。

Description

确定位置的装置及包括该装置的引导系统

技术领域

本发明涉及一种通过量表和测量头来确定位置的装置，测量头可相对于量表移动，以光学方式扫描量表，并涉及一种引导系统，其包括第一本体和第二本体，第二本体可相对于第一本体移动并在第一本体上引导，引导系统还包括用于确定位置的装置。

背景技术

例如，包括量表和测量头的用于确定位置的装置是已知的，测量头可相对于量表移动，以用光扫描相应的量表，其中，量表包含一个或多个用于标记位置的标记，测量头包括用于产生量表的图像的光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。

根据相应的量表(measuring scale)如何体现(embodied)，可使用这种装置，例如，用于测量测量头相对于初始位置的位置的相对变化，或记录测量头的绝对位置。

为了达到此目的，这种装置可测量测量头相对于量表的位置的相对变化，可将相应的量表体现为增量式量表，例如，并可由此包括一系列多个相同的标记，将其沿着预定的线(“轨迹”)周期性地以相同距离布置。在一个简单的替代方式中，光学系统可由透镜组成，例如，其对传感器投射相应标记的光学图像，将传感器布置为相对于透镜是固定不动的，以光电检测器的形式，从而提供这种增量式量表的光学扫描。为了测量测量头相对于量表的位置的相对变化，可沿着标记的轨迹移动测量头。因此，测量头的运动导致信号的周期性变化，这提供了与标记的数量相关的信息，例如，传感器移动所经过的标记。可进一步插入对于沿着标记的轨迹的测量头的不同位置而记录的信号，使得可能以小于相邻标记的距离的不准确度确定测量头相对于标记的位置。

还可将上述用于确定位置的装置设计为，确定测量头相对于量表的绝对位置。为此目的，量表可包含一个或多个参考标记，在每种情况中，参考标记指定沿着预定的线(“轨迹”)的某一绝对位置。为了确定该位置，可沿着预定的线移动上述类型的测量头，以通过测量头用光扫描相应的参考标记。因此，测量头的运动导致信号的变化，其指示测量头是否位于一个参考标记处。为了确定测量头在任何位置的相应绝对位置，可测量测量头相对于某一参考标记的相对位置的变化，例如，其中，可通过扫描增量式量表的标记来确定测量头的相对位置的相应变化。

例如，与引导系统(例如，线性引导件或旋转引导件)一起，使用上述类型的用于确定位置的装置，引导系统包括第一本体和第二本体，第二本体可相对于第一本体移动并在第一本体上引导，因此，具有使得可能确定第二本体相对于第一本体的位置的任务。为此目的，例如，可将用于确定位置的相应装置的量表布置为相对于第一本体是固定不动的，并可将相应的测量头布置为相对于第二本体是固定不动的。

参考上述类型的引导系统，目前有朝着逐渐小型化的趋势。因此，特别是有对上述类型的用于确定位置的装置的需求，可将其集成在包括“小”尺寸的引导件中。此外，上述类型的用于确定位置的装置将使得可能以高精度确定位置，其中，即使在以相对高的速度相对于第一本体移动第二本体的情况中，也可确保此精度。此外，能够尽可能地节省成本地制造用于确定位置的装置，并能够以尽可能少的装配工作量将其集成在引导系统中。

参考上述需求，目前实行的是第一种方法，然而，其仅考虑这些需求的单独的部分方面。

从WO 2005/033621A1和WO 2007/003065A1中，可得知这种线性引导系统，其包括导轨形式的第一本体和可沿着导轨移动的第二本体，并且，其包括上述类型的用于确定第二本体相对于导轨的位置的装置，在所述引导系统的情况中，通过相应导轨的表面的处理来实现相应的量表。可通过用于光学扫描的测量头来扫描相应的量表，然而，其中，WO2005/033621A1和WO 2007/003065A1不包括任何关于如何构造这种测量头的信息。在此情况中，量表由此不是分开的部分(必须将其装配至导轨)，而是将其集成在导轨的表面中。因此，量表在导轨中的集成节省了空间，因为量表本身的各个标记仅需要少量的空间。由于不将量表实现为分开的部分(将必须将其装配至导轨)的事实，此外，大量的操作步骤(例如，分开的部分相对于导轨的调节以及分开的部分在导轨处的永久固定)不再是必须的。

从US 7,186,969B2中,可得知一种用于确定位置的装置，其包括量表并包括测量头，可相对于量表移动测量头，以用光扫描量表，其中，测量头包括用于产生量表的图像的所谓的“远心”(telecentric)光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。在此情况中，远心光学系统包括第一透镜元件(第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且包含光轴)和透光开口形式的孔(其体现为一光阑，由不透光的材料制成)，其中，将此孔布置在背离量表的透镜元件的一侧的第一透镜元件的焦点处。由于孔的所述布置的原因，在此远心光学系统的情况中，此孔具有这样的效果：此孔限制光束通过光学系统的路线(光路)，使得光束(起始于量表)仅平行于透镜元件的光轴射入透镜元件，或光束最好在“小”角度范围内向光轴倾斜，(“小”角度范围的大小是相应孔的大小的函数(相应孔的大小变得越小，孔的表面就变得越小))，上述光束可有助于量表的成像，此图像可通过光学系统而产生。此孔具有这样的效果：在将改变量表和透镜元件之间的距离的情况中，量表的相应图像(光学系统在传感器上所产生的)的大小不改变或仅分别相对少量地改变。因此，上述光学系统具有这样的优点：以相对大的焦距深度产生量表的相应图像，并且，由此必须仅以相对大的公差保持测量头相对于量表的预定距离。因此，可通过相对简单的装置以相应所需的精度将测量头相对于量表定位，使得可以相对简单的方式执行测量头相对于量表的装配。特别地，相应孔的表面越小，所述公差越大。另一方面，上述光学系统具有这样的缺点：其需要相对大量的空间，特别是在垂直于量表的方向上。因此限制测量头的小型化，产生这样的结果：这种测量头由于其相对大的空间需求而不适于小型引导系统。

另外，实现光学系统需要相对大量的不同的各个零件，其由不同的包括不同特性的材料制成，并且，必须以高精度将其装配在预定距离处。例如，透镜元件是分开的本体，其由透光材料制成。在其中体现孔的光阑是另一分开的本体，其由不透光的材料制成(如上所述)，为了制造孔必须对其进行处理，并且，必须将其定位在透镜元件的焦点。因此，测量头的制造是大量的并由此是昂贵的。

发明内容

本发明基于这样的目的：避免所述缺点并产生用于确定位置的装置，该装置包含测量头，测量头包括以光学方式扫描量表的远心光学系统，其中，测量头需要相对少量的空间，并将以简单的方式进行设计。该装置还能够与引导系统一起使用，引导系统包括第一本体和可相对于第一本体移动的第二本体。

通过包括权利要求1的特征的用于确定位置的装置来解决此目的。

此装置包括量表和测量头，量表包括至少一个用于标记位置的标记，测量头可相对于量表移动，用于以光学方式扫描量表，所述测量头包括用于产生量表的图像的远心光学系统和用于捕获量表的图像并提供信号的传感器，通过所述信号，使得可能确定测量头相对于量表的位置。远心光学系统包括第一透镜元件和孔，第一透镜元件布置在离量表一定距离处并且第一透镜元件包含光轴，孔布置在背离所述量表的透镜元件的一侧的第一透镜元件的焦点上。

在本上下文中，“孔”指的是“装置”，其将光学系统内的光束传播限制在那些射入相应装置的光束。如上所述，例如，可将这种装置实现或者说实施为不透光的材料的光阑中的透光开口，其中，用开口的边缘限制相应的孔。在替代方式中，也可将“孔”实现或实施为反射镜，其中，用相应镜子的边缘限制此孔。

在下文中，将布置于透镜元件的焦点的孔也叫做“远心孔”。

在根据本发明的装置的情况中，远心光学系统包括包含表面的模块，其中，第一透镜元件是该模块的一体组成部分，并且，模块的表面的第一区域形成第一透镜元件的表面。此外，将孔(例如远心孔)实现为第一镜面的形式，第一镜面实现或者说实施在模块的表面的第二区域并相对于第一透镜元件的光轴倾斜。

根据上述内容，光学系统的所有部件是单个(单件式)模块的部件，并在此模块的表面处体现为例如折射界面(例如，作为透镜元件)或体现为反射表面(镜子)，所述所有部件影响光束通过面向量表的第一透镜元件的表面和用于捕获量表的图像的传感器之间的光学系统的路线(光路)。

可用传统的装置以相对简单的方式(例如，在几个操作中)制造这种模块，例如，通过相应的适于执行这种方法的模具通过塑料的喷射模塑法或喷射压塑法制造为模制零件。因此，可以节省成本的方式大量制造这种模块。

根据这一点，根据本发明的装置的测量头仅由几个部件组成，并由此可以较少的工作量来装配。

将远心孔体现为镜面的事实提供了这样的先决条件：可将透镜元件和远心孔集成在单个(单件式)本体中，其可由单种材料制成，并可在相同的操作中制造。在根据本发明的装置的情况中，必须仅在该本体(其包括透镜元件)的表面的某一区域中产生适当布置的界面(其适于反射此界面上的入射光)，以实现远心孔。为了增加此界面的反射率，如果必须的话，提供具有适当涂层的界面会是有利的。

与此相反，在从US 7,186,969B2中得知的光学系统的情况中，必须通过处理不同材料的不同工件并且然后必须以预定方式将其相对于彼此地布置，将透镜元件和远心孔彼此分开地制造。

与从US 7,186,969B2中得知的光学系统相比，在根据本发明的远心光学系统的情况中，必须由此装配更少量的分开的部件，使得根据本发明的光学系统的装配明显地具有更小的工作量。

此外，将根据本发明的远心孔体现为镜面的事实提供这样的先决条件：根据本发明的远心光学系统需要相对少量的空间。这是因为模块在垂直于量表的方向上的延伸基本上受限于一个距离，该距离对应于透镜元件的相应焦距(由于作为镜面的远心孔的实施方式的原因)。这是因为在透镜元件的光轴的方向上射入透镜元件的那些光束在第一镜面处被反射(该镜面形成远心孔)，使得那些光束不沿着透镜元件的光轴传播到远心孔外。

然而，在从US 7,186,969B2中得知的光学系统的情况中，光学系统在垂直于量表的方向上的延伸比相应透镜元件的焦距大得多，并由此在相应透镜元件的相同焦距情况中，比根据本发明的远心光学系统的相应延伸大得多。

由于根据本发明的远心孔体现为镜面并且该镜面相对于第一透镜元件的光轴倾斜，可实现：有助于产生量表的相应图像的光束包含光路，此光路至少折叠一次。因此，确保可在空间区域中产生量表的图像，其中该图像通过远心光学系统而产生，并且所述空间区域与透镜元件隔开并与远心孔隔开。通过这一点可确保，用于捕获量表的图像的传感器定位在模块的表面的区域处，该表面的区域与透镜元件在空间上隔开并与远心孔在空间上隔开，使得传感器不干扰光路，或不负面地影响量表的所产生的图像的质量。

通过适当地选择第一镜面相对于光轴的倾斜角度，可进一步实现：光学系统需要一定量的尽可能小的空间，即使在平行于量表的方向上，并实现使模块的体积相应地最小化。后者确保根据本发明的远心光学系统的紧凑设计。

因此，在根据本发明的装置的一个实施方式的情况中，可将传感器布置在模块的表面的第三区域。此外，可这样布置第一镜面，使得光可通过第一透镜元件沿着光轴耦合进入所述模块，使得相应的所耦合进入的光在所述第一镜面反射，并且，所述光在模块的表面的第三区域离开模块。可将模块相对于量表布置，使得第一透镜元件在传感器的表面上产生量表的实时图像(在预定的公差内)。由于将第一镜面体现为远心孔的事实的原因，基本上平行于光轴射入第一透镜元件的光束基本上有助于产生量表的图像。在此情况中，这些光束射入第一镜面，然后射入传感器——在第—镜面处的反射之后。

根据本发明的装置的上述实施方式的另一改进的特征在于，—个或多个第二镜面实现在所述模块的表面的第四区域，并且，其特征在于，相应的第二镜面相对于第一镜面这样布置，使得光可通过第一透镜元件沿着光轴耦合进入到模块中，使得相应的所耦合进入的光在第一镜面反射，然后，在至少一个第二镜面反射，并最后在表面的第三区域离开模块。在此实施方式的情况中，在透镜元件和传感器(将其布置在模块的表面的第三区域)之间的路线上的至少两个镜面或多于两个镜面的地方反射光束，其中，相应光束的方向响应于相应镜面处的每次反射而变化。例如，可这样布置相应的镜面，使得，有助于产生量表的相应图像的光束在到传感器的路线上，在模块的相对侧之间来回反射一次或几次。通过这样做，可实现：有助于产生量表的相应图像的光束包含折叠几次的通过光学系统的光路。因此，对可以特别紧凑的方式构造光学系统的事实产生一个先决条件：光路折叠得越频繁，可选择的模块的体积越小，由模块占据的空间越小。然而，必须指出，相应镜面必须实现其光学质量的需求，这种需求随着光路的折叠次数而增加。

根据本发明的装置的一个实施方式包括照明装置，其包括至少一个光源，可通过该光源照亮量表的至少一个区域，其中，这样布置量表的此区域，使得可通过远心光学系统来产生量表的此区域的图像，并使得可通过传感器来捕获此图像。例如，可将这种光源布置为相邻于模块，使得可通过相应光源而产生的光在经过模块的路线上到达可被照亮的量表或量表的区域，使得此光到达量表，不射入模块的表面。通过光源的此布置，可在很大程度上防止光源的光在模块的表面散射，并且防止其不射入量表而到达传感器。通过这样做可实现：光学系统所产生的由光源照亮的量表的区域的图像，包含高对比度。例如，发光二极管(LED)适于作为光源。

在根据本发明的装置的另一替代方式中，这样布置照明装置的相应光源，使得通过光源产生的光可在模块的表面的区域处耦合进入到模块中并可在模块的表面的另一区域处脱离耦合(uncoupled)。在此情况中，可通过相应光源而产生的光在经过模块的路线上到达可被照亮的量表或量表的区域。相应光源的这种布置可具有这样的优点：可将相应光源布置为相对地背离将通过光源照亮的量表的区域。可将相应的光源定位在模块的表面的区域处，例如，将其布置在背离量表的模块的一侧上。在此情况中，可以特别简单的方式接近相应的光源，这便于装配光源，例如，或者简化用另一光源替换此光源。此外，相应光源的此布置提供这样的可能性：如果必须的话，将光源和传感器以及其它电子元件体现为模块化单元，可将其整体地装配至模块。后者简化了测量头的那些部件的需要分别与电流或电压源连接的装配。

在根据本发明的装置的上述替代方式的另一改进中，模块的表面的区域(在那里，通过照明装置的相应光源产生的光会脱离耦合)包含曲率，使得表面的此区域形成透镜元件。此透镜元件提供影响光的强度的空间分布的可能性，这些光可与模块脱离耦合。后者用来优化可通过光源产生的光在可被照亮的量表的区域中的光的强度的空间分布。可形成并布置透镜元件使得例如其准直由光源产生的光或将此光聚焦在量表上。

在根据本发明的装置的上述替代方式的另一改进中，在模块的表面的区域处实现一反射面，这样布置所述反射面，使得相应光源的耦合进入到照明装置的模块中的相应的光在此反射面反射。在此情况中，用这样的可能性来影响通过光源产生的、通过模块的表面的区域产生的光的传播方向：可将光源的空间布置和模块的表面的相应区域的空间布置彼此协调，使得通过表面的相应区域处的反射将光源的光引入相应的期望方向中。

根据本发明的装置的另一替代方式包括一个或多个光导体，其中，这样布置相应的光导体，使得可将通过照明装置的相应光源产生的光经由一个相应的光导体耦合进入到模块中。光导体可以是分开的部件，例如，并可将其布置在凹槽中，凹槽实现在相应的模块中。在替代方式中，可将相应的光导体集成在模块中。相应的光导体提供影响通过光源产生的光特别是在模块的表面区域中的强度的空间分布的进一步的可能性，在所述区域中光与模块脱离耦合。特别地，可这样实现光导体，使得耦合进入模块中的光的强度的空间分布与光导体的长度基本上无关。在此情况中，由此可通过光导体在相对大的距离上引导由相应光源产生的光，例如，引入量表的附近，基本上不改变光沿着光的传播方向的强度的空间分布(在垂直于光的分布方向的平面内测量的)。

根据本发明的装置的一个实施方式包括量表，其包含一个或多个增量式轨迹，增量式轨迹均包括多个增量地布置的标记，和/或一个或多个包括一个或多个参考标记的参考轨迹。

此实施方式的另一改进的特征在于，量表包含多个标记，其布置在多个彼此相邻地布置的轨迹中，并且，其特征在于，照明装置包括多个光源，这样布置所述光源，使得可通过一个相应的光源照亮一个轨迹，并可通过另一相应的光源照亮另一轨迹。这样一来，也可彼此无关地照亮标记的不同轨迹，其包含彼此之间相对较大的距离，使得用预定的(最佳的)光强度来照亮标记本身，同时，不照亮或仅用相对低的光强度来照亮相应轨迹之间的空间。这样一来，可使照亮不同轨迹所需的能量最小化。这样一来，还防止照明装置产生过多的热量，如果必须的话，防止影响或损坏就在其附近的热敏部件(例如，传感器，其它电子元件或热敏材料)。

根据本发明的装置的一个实施方式的特征在于，这样实现量表，使得相应标记的边缘与反射面区域邻接，反射面区域这样布置，使得在反射面区域反射通过照明装置的相应光源产生的光，使得相应的所反射的光不射入第一透镜元件。此外，这样实现(embodied)相应的标记，使得在通过照明装置照亮标记的情况中，在标记处产生散射光，所述散射光可通过第一透镜元件透入模块中。在上述条件下，在通过照明装置的相应光源照亮量表的情况中，由相应标记产生的散射光的输入相对来说比共同通过第一透镜元件透入的光的强度大(特别是与光的相应输入相比，如果必须的话，可在朝着第一透镜元件的方向上在反射面区域处散射所述光)。通过这样做可实现：在每种情况中，光学系统产生通过照明装置照亮的量表的区域的图像，在图像中，与相应的标记相比，相应的反射面区域看起来相对暗一些，或者其中，与和标记邻接的反射面区域相比，相应的标记看起来分别相对亮一些。因此，在此情况中实现“暗场”照明，这使得可能产生相应标记的特别高对比度的图像。

根据本发明的装置的一个实施方式的特征在于，在照明装置的相应光源和模块之间布置光阑本体，该光阑本体对于相应光源的光来说是不透明的。可布置或模制光阑本体，分别使得通过相应光源产生的光无法到达传感器，除非其照亮量表的预定区域，使得在相应所照亮的标记处产生的散射光射入第一透镜元件，同时，在量表处反射的光的部分无法射入第一透镜元件。可将光阑本体体现为是对模块和照明装置的支撑。为此目的，可光阑本体可实现为一件式，例如，并可包含两个分开的腔室，其中，一个腔室用来容纳模块，另一个腔室用来容纳照明装置。在每种情况中，两个腔室都可在一侧包含开口，其面向量表，使得一方面，可用照明装置通过这些开口中的一个照亮预定区域量表，同时，在每种情况中在标记处散射的光可通过另一开口离开量表的所照亮的区域，到达第一透镜元件。

根据本发明的用于确定位置的装置还可与引导系统结合使用，引导系统包含第一本体和第二本体，第二本体可相对于第一本体移动并在第一本体上引导。可将根据本发明的装置的量表布置为相对于第一本体是固定不动的，并可将根据本发明的装置的测量头例如布置为相对于第二本体是固定不动的。例如引导系统可以是线性引导件或旋转引导件。

将在下面通过附图来定义本发明的其它细节，尤其是定义根据本发明的装置的典型实施方式。

附图说明

图1示出了线性引导件形式的引导系统的透视图，其包括导轨形式的第一本体，包括在导轨上引导的引导支座形式的第二本体，并包括根据本发明的用于确定位置的装置，所述装置包括量表和用于以光学方式扫描量表的测量头；

图2示出了根据图1的导轨的一个截面和量表的一个截面的透视图；

图3示出了根据图1的引导支座，其中，去除了测量头，然而，可看见用于容纳测量头的凹槽；

图4从不同的透视角度示出了根据图1的测量头的示意图；

图5示出了根据图1的根据本发明的用于确定位置的装置的第一实施方式，在导轨的纵向方向上的一个截面中示出，包括根据本发明的远心光学系统以及用于照亮量表的区域的照明装置的第一实施方式；

图6A，图6B示出了根据图5的远心光学系统的一部分(图6A)和根据现有技术的远心光学系统的一部分(图6B)；

图7示出了通过根据图1的导轨和量表的一个截面，以及量表的照明和照明效果的示意图；

图8示出了根据图1的测量头的传感器的示意图(结构图)；

图9示出了响应于捕获量表的图像的根据图8的传感器的一部分的示意图，通过根据图5的远心光学系统来产生所述图像；

图10示出了根据图1的根据本发明的用于确定位置的装置的第二实施方式，包括根据图5的远心光学系统，然而，具有用于照亮量表的区域的照明装置的不同的(第二)实施方式；

图11示出了根据图1的根据本发明的用于确定位置的装置的第三实施方式，包括根据图5的远心光学系统，然而，具有用于照亮量表的区域的照明装置的不同的(第三)实施方式。

具体实施方式

图1示出了线性引导系统1，其包括笔直导轨2、布置在导轨2上且可沿着导轨2移动的引导支座3，以及根据本发明的用于确定引导支座3相对于导轨2的位置的装置5的第一实施方式。

经由滚动本体(未在图中示出)将引导支座3支撑在导轨2上，将滚动本体布置在多个包含在引导支座3中的通道4中，使得在沿着导轨2移动引导支座3的情况中，其分别相对于导轨2或相对于引导支座3在相应的通道4中移动。

装置5包括量表10和扫描装置20，扫描装置20包括用光扫描量表10的测量头21。

如图1和图2所示，在面向引导支座3的导轨2的(上)表面2.1上包含量表10，特别是在导轨2的边缘2’。在导轨2的中心区域中存在用于将导轨2与装配元件连接的孔15，所述元件未在这里示出。量表10基本上在边缘2’和孔15之间的条形表面区域中需要空间，并由此可体现或实现为线性量表，其在导轨2的全长上延伸(不中断)。在本典型实施方式中，这样体现量表10，使得光学传感器能够对其进行扫描(在图5和图7至图9的上下文中，将在下面更详细地对其进行指定)。

图3详细地示出了引导支座3(没有滚动本体和用于滚动本体的引导件)。以典型的方式体现引导支座3。在引导支座3的上侧上存在用来容纳测量头21的凹槽25。为了用测量头21提供量表10的光学扫描，凹槽25包括孔25.1，其贯穿通过支座3，并实现在量表10的上方，使得可用光学装置通过孔25.1扫描量表10的一个截面。将孔25.1保持得尽可能地小，以确保引导支座3的高机械稳定性。

图4示出了扫描装置20的细节。其包括测量头21和供电装置26，经由电缆27(或者在替代实施方式中用印刷电路板)将供电装置26与测量头21连接，并且，可另外将供电装置26与(未示出的)控制单元连接，以一方面确保对测量头21供应能量，另一方面提供测量头21和控制单元之间的控制和测量信号的交换。

如图2所示，量表10包括增量式轨迹11’，其平行于表面2.1的边缘2’延伸，并且，其包括多个(等距的)标记11和包括参考标记12的参考轨迹12’。在本情况中，将参考标记12布置在增量式轨迹11’的边上。在本实例中，在每种情况中，标记11和参考标记12都是直线结构，将其纵向轴线垂直于导轨2的纵向方向布置，并由此垂直于轨迹11’和12’的纵向方向。因此，将测量头21布置在引导支座3，使得当沿着导轨2移动引导支座3时，可通过测量头21扫描参考标记12’的标记12以及增量式轨迹11’的标记11。

可在表面2.1上产生标记11和12，例如，通过用激光束处理表面2.1(如从WO 2005/033621A1中已知的)。可对以这种方式产生的增量式轨迹11’的标记11构造尺寸，例如，使得标记11在增量式轨迹11’的纵向方向上延伸5μm，例如，以大约10μm的距离沿着增量式轨迹11’布置相应的标记11。

在本情况中，将参考标记12布置在两个孔15之间的导轨2的中心区域中(大约是在中心)。在狭窄导轨2的情况中，此布置特别有利，所述导轨2并不比孔15的直径宽多少，并且，其相应地仅提供少量的用于布置量表10的空间。

图5示出了导轨2的纵向方向上的截面中的根据图1的装置5，其中，仅示出了测量头21和包括量表10的导轨2。如可看到的，将测量头21布置在离量表10一定距离D处。

测量头21包括，其中：

-远心光学系统30，用于产生量表10的图像，

-传感器40，其捕获相应图像，在每种情况中，通过远心光学系统30产生所述图像，并且，传感器40提供信号，所述信号提供量表10的标记11和/或12的记录，并提供测量头21相对于量表10的位置的确定，以及

-照明装置38，用于照亮量表10。

最终，可用控制单元将测量头21的输出信号转换成数据，该数据说明了引导支座3相对于导轨2所覆盖的距离和/或引导支座3相对于导轨2的当前位置。

远心光学系统30包括第一透镜元件33，将其布置在离量表10一定距离处，并将其布置为相对于传感器40是固定不动的(stationary)，使得透镜元件33在面向量表10的传感器40的表面40.1上产生量表10的区域的实际图像。如图5中指示的，面向量表10的透镜元件33的表面在本实例中是凸出地弯曲的，并包含光轴34，将光轴34基本上垂直于导轨2布置。

如图5中进一步指示的，第一透镜元件33是包含表面32的(单件式)模块31的组成部分，其中，模块31的表面32的第一区域32.1(在图5中，用箭头32.1表示)形成第一透镜元件33的表面。

这样实现透镜元件33，使得在背离量表10的一侧上，透镜元件包含位于模块31的表面32的第二区域32.2(在图5中，用箭头32.2表示)中的焦点F1。根据这一点，从面向量表10的透镜元件33的一侧平行于光轴34射入透镜元件33的光，通过透镜元件33聚焦在焦点F1上。在本情况中，将表面区域32.2体现为第一镜面35，其相对于透镜元件33的光轴34倾斜角度

如图5中指示的，将本实例中的传感器40定位在模块31的表面32的第三区域32.3(用箭头32.3表示)。表面32的区域32.3位于背离的量表10的模块31的一侧上分别相邻于第二区域32.2或相邻于第一镜面35。

如图5中进一步指示的，模块31在面向量表10的一侧上包含表面32的第四区域32.4(用箭头32.4表示)，其形成第二镜面36。将第四区域32.4分别布置为相邻于第一区域32.1或相邻于第一透镜元件33。

在本实例中，这样布置第一镜面35和第二镜面36，使得通过第一透镜元件33沿着光轴34耦合进入在模块31中且由此到达第一镜面35的光初始地在第一镜面35反射，然后在第二镜面36反射，最后在表面32的第三区域32.3离开模块31，然后射入传感器40的表面40.1。为了使此事实可见，图5示出了光束的路线，例如，其射入光轴34上的透镜元件33：此光束初始地在焦点F1射入第一镜面35，在于第一镜面36反射之后沿着虚线34.1延伸至第二镜面36，并在于第二镜面36进一步反射之后沿着虚线34.2延伸至第三表面区域32.3，然后在从模块32离开之后射入传感器40。由此在第一镜面35和第二镜面36折叠光束的光路(即，总共两次)。

镜面35限制通过光学系统的光束的路线(光路)，使得，在从面向量表10的透镜元件33的一侧射入透镜元件33的光束中，仅有那些当穿过模块31时射入镜面35的光束能够到达传感器40的表面40.1。由于将镜面35布置在透镜元件33的焦点F1的原因，镜面35具有远心孔(telecentricaperture)的效果。因此，镜面35的外边缘(在图5中，通过两个箭头32.2来标记)确定此孔的大小。

在本实例中，测量头21的照明装置38包括光源38.1，通过光源38.1，可照亮量表10的区域10.1。例如，发光二极管(LED)适于作为光源。如图5中指示的，透镜元件33的光轴34穿过区域10.1的中心，使得可确保，可通过远心光学系统30来产生量表10的区域10.1的图像，并可确保，可通过传感器40来捕获此图像。

将光源38.1布置为相邻于模块31，使得通过光源38.1来产生的光以θ＜90°的角度落入量表10的区域10.1上(图5中的虚线39指定了可通过光源38.1来产生的光束的方向)。在本情况中，这样选择角度θ，使得射入量表10的区域10.1且以定向的方式在该位置反射的光的部分不射入透镜元件33，并由此无法到达传感器40。这样一来，可确保，最多是射入量表10的区域10.1且以漫射的方式(基本上平行于光轴34)从那里散射的光的部分射入透镜元件33并由此可到达传感器40。

如图5所示，测量头21包括光阑本体(diaphragm body)50，该光阑本体对光是不透明的，可通过光源38.1来产生，并可将其布置在光源38.1和模块31之间，以防止不期望的散射光到达传感器40。

在本实例中，光阑本体50用作对模块31、照明装置38和传感器40的支撑。为此目的，光阑本体50包含第一腔室50.1，分别将模块31定位在其中或可将其定位在其中，和第二腔室50.2，分别将照明装置38的相应光源38.1定位在其中或可将其定位在其中。

在面向量表10的一侧上，第二腔室50.2包含开口50.4，将其这样布置，使得可用照明装置30的光源38.1通过第二腔室的此开口50.4照亮量表10的区域10.1。在面向量表的一侧上，第一腔室50.1由此包含开口50.3，将其这样布置，使得远心光学系统30可通过第一腔室50.1的此开口50.3产生量表10的区域10.1的相应图像。

如图5中进一步示出的，将传感器40附接至电子印刷电路板45，其一方面用作对传感器40的支撑，并且，其另外分别装配有不同的电气或电子元件(在图5中未示出)，例如，包括(i)传感器的电压供给，(ii)用于处理传感器的信号的电子电路，(iii)用于照明装置38的光源38.1的电流供给，(iv)用于光源38.1的照明强度的控制器以及(v)确保印刷电路板45上的所述电气或电子元件经由线路46分别与控制单元的接口，以经由线路46提供信号和/或数据的交换。

如图5中指示的，在本实例中，将印刷电路板45布置在背离(faceaway)量表10的模块31的一侧上，并基本上平行于模块31的表面32的第三区域32.3地定向。将传感器40布置在背离模块31的印刷电路板45的一侧上。为了使得通过模块31且在表面32的区域32.3中从模块31离开的光能够到达传感器40的表面40.1，印刷电路板45在一个截面中包括连续孔45.1，其位于与模块31的表面32的第三区域32.3相对的地方，使得可用相应的光通过孔45.1接近传感器40的表面40.1。

图6A和图6B提供根据本发明的远心光学系统的特性和根据现有技术的相应远心光学系统的特性之间的比较。

图6A示出了与物体O(在本情况中，是双箭头)结合的根据图5的远心光学系统30，将所述物体布置在光轴34上的离模块31的一侧上的透镜元件33一定距离处，所述一侧背离第一镜面35，其中，这样选择所述距离，使得远心系统30在模块31的表面的第三区域32.3产生物体O的(放大的)实际图像BO。图6A进一步示出了两个光束L1和L2的路线(光路)，其在物体O开始，并且，其通过远心光学系统30到达图像BO。在本实例中，光束L1和L2——在物体O开始——在到透镜元件33的路线上初始地平行于光轴34延伸，并射入透镜元件33。如可从图6A看到的，光束L1和L2响应于在透镜元件33进入模块31而改变其方向，使得，其在透镜元件33的焦点F1射入第一镜面35，并在第一镜面35处的反射和第二镜面36处的反射之后到达图像BO。由于在第一镜面35和图像BO之间将模块31中的光束L1和L2的路线折叠两次的原因，在相对于透镜元件33的表面具有相对较小距离的地方产生图像BO，其中所述透镜元件的表面面向物体O。

图6B示出了与传统的远心光学系统30A(例如，其可从US 7,186,969B2中得知)结合的根据图6A的物体O。在图6A和图6B中，在每种情况中，用相同的参考数字表示相同的物体。远心光学系统30A包括透镜元件33’(其包括光轴34和焦点F1)和开口35’形式的远心孔，开口35’实现在不透光的光阑35”中，并且开口35’布置在背离物体O的透镜元件33’的一侧上的焦点F1处的光轴34上。为了提供与根据图6A的情况的比较，假设，将物体O布置在图6B的情况中的光轴34上，并且，物体O包含到透镜元件33’的一定距离，该距离与物体O和根据图6A的透镜元件33之间的距离相同。进一步假设，透镜元件33’具有与根据图6A的透镜元件33相同的焦距。根据这一点，图6B的情况中的焦点F1离物体O的距离与根据图6A的焦点F1离根据图6的物体O的距离相同。如可从图6B中看到的，远心光学系统30A产生物体O的实际图像BO，在所述条件下，该图像包含与根据图6A的图像BO相同的大小。在远心光学系统30A的情况中，在背离透镜元件33’的光阑35”的一侧上产生图像BO，其中，图像BO包含到光阑35”的一定距离，该距离越大，与物体O相比，图像BO越大。

为了能够用具有最大可能的空间分辨率的传感器扫描相应的图像BO，在每种情况中，将必须将相应的传感器定位在这样的位置，在远心光学系统30和30A的情况中，相应的光学系统30或30A在该位置分别产生相应的图像BO。如可从图6A和图6B中看到的，在远心光学系统30的情况中，可将用于扫描图像BO的相应传感器布置在离透镜元件33一定距离处，该距离比图6B中的透镜元件33’和以下一位置之间的距离小得多，在远心光学系统30A的情况中将必须在该位置布置用于扫描图像BO的相应传感器。由此可将由远心光学系统30和传感器40组成的用于扫描由此光学系统30产生的图像的测量头21设计为比由远心光学系统30A和传感器组成的用于扫描由此光学系统30A产生的图像的相应测量头小得多。特别是考虑到测量头21在光轴的方向上的延伸时，应用后者。

图7示出了在导轨2的纵向方向上根据垂直于表面2.1的一个截面的量表10的区域中的导轨2的表面2.1的高度轮廓，并示出了通过根据图5的照明装置38照亮量表10的区域中的导轨2的表面2.1的效果。图7中的箭头B表示光束的方向，其表现光的传播的特色，光在量表10上入射，并且，可通过照明装置38产生所述光。在下文中假设，导轨2是根据现有技术的线性引导系统的典型导轨(例如，由钢制成)。因此，表面2.1是基本上平面的表面，其通过研磨和/或铣削来处理，例如，并且可通过抛光来进行机加工，如果必须的话。在本实例中，将量表10的标记11或参考标记12分别直接附接至相应导轨2的表面，并可通过局部地处理相应表面用激光束来产生，例如。如从WO 2005/033621中已知的，通过激光束处理上述类型的表面的部分区域具有这样的效果：一方面在所处理的部分区域中形成凹处(与表面的未加工的区域相比)。通过激光束处理相应表面进一步导致其关于光的反射的特性的变化：未通过激光束处理的表面的区域，用作平面镜，其以定向的方式在相对于表面成某一角度(入射的)θ的条件下反射入射的光束，使得，相应的反射光在相对于表面成一定角度(入射的)的条件下在一个方向上传播，所述角度等于(入射的)角度θ(反射定律)；然而，通过激光束处理的表面的部分区域不会导致入射光的任何反射或仅导致小方向反射，但是，主要导致入射光的漫反射，即，相应的部分区域漫射光，所述光以定向的方式在所有方向上漫射地入射。因此，在图7中可将量表10的标记11识别为是凹处，其包含在表面2.1中(未示出参考标记12，但是另外具有与标记11相同的高度轮廓)。在图7中，(虚线)箭头BR代表相应的反射光，其以定向的方式在分别与标记11或12邻接的表面2.1的区域处在反射角θ的条件下反射。图1中的箭头BS代表漫射地散射的光的传播方向，其在标记11的区域中产生入射光B(并由此在未示出的参考标记12的区域中产生)。如可看到的，在标记11处漫射地散射的光BS的一部分，垂直于表面2.1地传播并由此在透镜元件33的光轴34的方向上传播，使得，在相应标记11处漫射地散射的光BS的一部分可透过透镜元件33。

选择可通过照明装置38产生的光B的入射角θ是有利的，使得，以定向方式反射的光BR不会射入透镜元件33。例如，对于大于45°的入射角θ，可实现此条件。在所述条件下，通过远心光学系统30产生的量表10的图像中的与标记11或12分别邻接的表面2.1的区域是暗的，并且，仅有标记11或12分别表现为亮的区域。因此，远心光学系统30产生标记11和12的特别高对比度的图像。

图8示出了测量头21的传感器40的示意图(以结构图的形式)。传感器40包括：

-光敏表面41，用于以空间分辨的方式捕获通过远心光学系统30产生的图像；在本实例中，光敏表面41包括光检测器(像素)的布置，其包含四个传感器线路P1，P2，P3和P4，将其彼此平行地布置，并包括传感器场P5，其中，传感器线路P1至P4用来捕获通过远心光学系统30产生的增量式轨迹11’的标记11的图像，并且，传感器场P5用来捕获通过远心光学系统30产生的参考轨迹12’的标记12的图像，并具有以下特性：传感器线路P1至P4中的每个都在相应传感器线路的纵向方向上捕获光强度的空间分布，其中，在每种情况中，相应的传感器线路P1，P2，P3或P4分别提供一个(典型地，是模拟的)信号S1，S2，S3或S4(以此顺序)，所述信号S1，S2，S3或S4分别代表由相应的传感器线路P1，P2，P3或P4分别捕获的光强度分布；传感器场P5由光检测器(像素)的二维布置组成，光检测器捕获传感器场P5上的光强度的空间分布，其中，传感器场P5提供信号S5，其代表所捕获的光强度分布；

-电子电路42，用于处理信号S1至S4和S5，经由四条分别用于接收传感器线路P1，P2，P3或P4的信号S1，S2，S3或S4的线路和一条用于接收传感器场P5的信号S5的线路，将所述电路与光敏表面41连接，执行相应信号S1至S5的电子处理(例如，相应信号S1至S4的放大和/或线性化，和/或不期望的直流电压电平的补偿)，并分别提供针对每个信号S1，S2，S3，S4或S5的相应处理的信号S1’，S2’，S3’，S4’或S5’，以及

-电子电路43，用于通过信号S1’，S2’，S3’，S4’和S5’的评估来确定传感器40相对于量表10的位置，其中，经由四条分别用于接收信号S1’，S2’，S3’或S4’的线路和另一条用于接收信号S5’的线路，将电子电路43与电子电路42连接。

如在图8中进一步指示的，电子电路43包括接口44，其具有第一数字输出通道44.1和第二数字输出通道44.2。经由第一数字输出通道44.1，电子电路43提供数字输出信号A1，其编码了传感器40相对于增量式轨迹11’的位置，其通过信号S1’，S2’，S3’或S4’的评估来确定。经由第二数字输出通道44.2，电子电路43提供数字输出信号A2，其编码了传感器40相对于参考轨迹12’的位置，其通过信号S5’的评估来确定。可分别经由数字输出通道44.1或44.2，由控制单元来存取输出信号A1和A2，并由此可由控制单元使用。

下面将通过图9更详细地定义传感器40的功能，特别是电子电路43的功能。图9示出了通过远心光学系统30产生的量表10的图像在传感器40的光敏表面41上的投影。在本上下文中假设，通过照明装置38照亮量表10，使得，仅有分别在标记11或12漫射地反射的光到达透镜元件33，使得在所产生的图像中仅可分别看见标记11或12(如在图7的上下文中说明的)。在图9中，每个标有B11的表面代表增量式轨迹11’的标记11的相应所产生的图像，每个标有B12的表面代表参考轨迹12’的参考标记12的相应所产生的图像。

在本情况中假设，远心光学系统30在传感器40的光敏表面41上投射量表10的放大图像。与量表10相比，量表10的相应图像可放大2.5倍，例如(或放大另一倍数)。在放大图像的情况中，在每种情况中，传感器线路P1至P4或传感器场P5(其包含比相应传感器大的表面，将所述传感器设计为捕获未放大的图像)可分别用来捕获图像。后者导致信号S1至S4和S5的改进的信噪比，例如，并分别对信号S1’至S4’或S5’提供一定条件，以能够通过电子电路43更准确地评估(在预定的时间中)，或更快速地评估(响应于预定精度)。

如在图9中指示的，表面B11定义直线(在图9中，水平地定向)的周期性分隔，将该直线以周期LS(在图9中，用双箭头表示)布置在轨迹11’的纵向方向上，其中，以基本上矩形的方式体现表面B11，并且，其包含垂直于轨迹11’的纵向方向地定向的纵向轴线。如在图9中进一步指示的，相应的传感器线路P1，P2，P3或P4分别也具有基本上矩形的形式，并且，在每种情况中包含垂直于轨迹11’的纵向方向地定向的纵向轴线。在每种情况中，传感器线路P1，P2，P3或P4分别进一步包含相同的表面，并且，在每种情况中相对于轨迹11’的纵向方向布置为彼此相邻，其中，在每种情况中，将相邻的传感器线路P1，P2，P3或P4分别布置在离彼此相同的距离处。

如在图9中指示的，这样分别选择相应的传感器线路P1，P2，P3或P4的大小，使得，所有传感器线路P1，P2，P3或P4分别在轨迹11’的纵向方向上的延伸整体上与表面B11的布置的周期LS相应。根据这一点，传感器线路P1，P2，P3和P4将表面B11的布置的周期分成四个相等的部分。如可从图9中看到的，进一步这样分别选择相应的传感器线路P1，P2，P3或P4的大小，使得，其还可捕获参考轨迹12’的参考标记12的相应图像，即，表面B12。

为了捕获通过远心光学系统30产生的量表10的图像，在量表10的纵向方向上移动测量头21，具有这样的效果：相对于增量式轨迹11’的图像的表面B11，分别移动传感器40的光敏表面41的传感器线路P1，P2，P3或P4，并且，在相应轨迹的纵向方向上(例如，在根据图9的箭头60的方向上)，相对于参考轨迹12’的图像的表面B12，移动传感器40的光敏表面41的传感器场P5。

在在箭头60的方向上相对于增量式轨迹11’的表面B11分别移动传感器线路P1，P2，P3或P4的情况中，传感器线路P1，P2，P3或P4分别产生信号S1，S2，S3和S4，在每种情况中，这些信号以正弦曲线的方式根据测量头21的位置而变化，其中，每个信号S1，S2，S3或S4的路线分别根据长度LS的距离每次已经通过的位置而周期性地相同地重复其本身。此外，信号S1，S2，S3或S4在每种情况中分别是相同的，分别除了不同信号S1，S2，S3或S4之间的相位差以外：与信号S4相比，信号S3具有90°的相位差，与信号S4相比，信号S2具有180°的相位差，与信号S4相比，信号S1具有270°的相位差。由于信号S1，S2，S3或S4之间的相应的相位差分别是由此已知的事实，所以，电子电路43在每种情况中可捕获不同的信号S1’至S4’，并可将其彼此比较，并可确定测量头的相应位置，例如从两个不同的信号确定，所述信号通过插入(interpolation)而以小于增量式轨迹11’的相邻标记11的距离的不准确度彼此相移90°。

电子电路43可编码相应的所确定的位置，传感器响应于增量式轨迹11’的扫描而连续地通过这些位置，以信号A1的形式，这些信号形成连续的方波信号，其中，在每种情况中，相应的方波信号的侧边的特征在于相对于相应标记11的预定位置。

在在箭头60的方向上相对于参考轨迹12’的表面B12移动传感器场P5的情况中，传感器场P5的光检测器产生信号S5，其响应于表面B12上的运动，根据传感器场P5相对于相应表面B12的位置而变化。将电子电路43设计为还评估将分配给表面B12的信号S5，并从其分别确定传感器40或传感器场P5相对于一个参考标记12的位移。电子电路43通过信号S5’的评估来确定传感器场P5相对于参考轨迹12’的位置，并将相应所确定的位置编码成数字信号A2的形式，可通过接口44经由第二数字输出通道44.2将其输出。

图10示出了根据本发明的用于确定位置的装置5的第二实施方式。此实施方式与参考各个特征的根据图5的实施方式相同，其中，在图5和图10中，用相同的参考数字表示每种情况中的相同物体的特征。根据图10的实施方式包括与根据图5的实施方式相同的量表10(在导轨2的表面体现)和用光扫描量表10的测量头21A。根据图10的测量头21A与根据图5的测量头21的不同之处基本上在于，用模块31A代替根据图5的模块31，模块31A一方面实现与模块31相同的功能，但是其另外也提供这样的可能性：可通过模块31A引导用来照亮量表的区域10.1的照明装置38的光。与根据图5的实施方式偏离，通过这样做来产生替代可能性，以布置照明装置38并影响由照明装置产生的光在到量表10的区域10.1的路上的传播。

如在图10中指示的，模块31A包括在结构上与模块30相应并基本上包含模块30的所有结构元件的区域(在图10中，在模块31A的左手侧上)，所述区域形成根据图5的远心光学系统30：透镜元件33，布置于包括光轴34和焦点F1的模块31A的表面32的第一区域中；第一镜面35，布置于第二区域32.2中，用作远心孔，并相对于光轴34倾斜；第二镜面36，布置于表面32的第四区域32.4和第三区域32.3中，布置为相邻于第一镜面35，可将传感器40布置在第一镜面35，以捕获通过远心光学系统30产生的量表10的图像。

在本实例中，传感器40附接至布置于背离量表10的模块31A的一侧上的电子印刷电路板45，印刷电路板45在结构上和功能上与根据图5的印刷电路板45相应。

如在图10中指示的，模块31A包括紧邻区域的另一区域(在图10中，在模块31A的右手侧上)，其形成远心系统30，所述另一区域用来将通过照明装置38产生的光引导至量表10的区域10.1，并由此至少包括：模块31A的表面32的区域32.5，在那里，通过照明装置38产生的光可耦合进入到模块31A中；以及模块31A的表面32的区域32.6，在区域32.6那里光可与模块31A分开。

在本情况中，将表面32的区域32.5——类似区域32.3——布置在背离量表10的模块31A的一侧上。这具有这样的优点：如图10中指示的，可将照明装置38附接至印刷电路板45，使得印刷电路板45、传感器40和照明装置形成单个电子元件，可将其整体上装配在测量头21A中，并可将其整体替换。后者导致测量头21A的简化装配，特别是因为，例如，也可将照明装置38和电流源的所有电连接以及用于控制照明装置38的装置布置在印刷电路板45上，并可避免照明装置的分开装配(与印刷电路板45的装配和传感器40的装配无关)。

在本实例中，照明装置38包括一个或多个光源38.1(例如，发光二极管)，将其这样布置，使得，在朝着量表10的方向上垂直于印刷电路板地发射可通过相应光源38.1产生的光。如在图10中指示的，印刷电路板45在位于与模块31A的表面32的区域32.5相对的地方的截面中包含连续孔45.2，这样定位所述孔，使得可通过此孔45.2发射可通过相应光源38.1产生的光，并可将其耦合进入到区域32.5中的模块31中。在图10中，虚线39代表从光源38.1离开的光束的路线。

在制造印刷电路板45的材料对于通过照明装置38产生的光来说是透明的情况中，通过吸收剂或反射材料的层45.3覆盖孔45.2处的印刷电路板45的至少一个区域会是有利的，以防止可将所产生的光耦合进入到印刷电路板45中，并且，如果必须的话，防止可将所述光经由印刷电路板引导至传感器40。此措施可防止不期望的散射光通过印刷电路板45到达传感器40，并防止负面地影响传感器40的功能。

如由图10中的光束39的路线指示的，在本实例中，将通过相应光源38.1产生的光耦合进入到基本上平行于透镜元件33的光轴34的模块31A中，并且，所述光射入模块31A的表面32的区域32.7体现为反射面，并且，反射面相对于光轴34倾斜，使得在区域32.7反射耦合进入到模块31A中的光，使得其在区域32.6中离开模块31A，并以＜90°的入射角θ到达量表10的区域10.1。可这样布置表面32的区域32.7，使得光束39的反射通过全反射出现在表面32的区域32.7中。在本实例中，优选地选择入射角θ，使得以定向方式在区域10.1反射的光不射入透镜元件33(与根据图5的实施方式的情况一样)。

如在图10中进一步指示的，模块31A的表面32的区域32.6包含曲率，使得区域32.6形成透镜元件65。在本实例中，区域32.6凸出地弯曲。例如，可这样实现区域32.6，使得透镜元件65准直分别从模块31A脱离耦合的光或将其聚焦在区域10.1上。

例如，照明装置38可包括单个光源38.1，将其这样设计，使得其可照亮增量式轨迹11’和区域10.1中的量表12的参考轨迹12’。在替代方式中，照明装置38还可包括多个光源38.1，在每种情况中可将其这样布置，使得不同的光源38.1可照亮量表10的不同区域。例如，在每种情况中，可用不同的光源38.1照亮增量式轨迹11’和参考轨迹12’。因此，在模块31A的表面32的区域32.6中可包含多个不同的透镜元件65，使得，在每种情况中，不同光源38.1的光可经由不同的透镜元件65与模块31A脱离耦合。

根据图10，模块31A(可选地)包括凹槽31.1，其在一侧上在光轴34的方向上延伸，在另一侧上垂直于图10中的图平面，并且，将其布置在远心光学系统30和模块31A的表面32的区域32.5之间。凹槽31.1将远心光学系统30与相应光源38.1的耦合进入到模块31A中的光隔离，并由此防止不期望的散射光通过模块31A到达传感器40。另外，可将反射或吸收光的材料定位在凹槽31.1中。后者可进一步改进远心光学系统30与不期望的散射光的所述隔离。

图11示出了根据本发明的用于确定位置的装置5的第三实施方式。参考多个特征，此实施方式与根据图10的实施方式相同，其中，在图10和图11中，在每种情况中，用相同的参考数字表示相同的物体。

根据图11的实施方式包括与根据图10的实施方式相同的量表10(体现在导轨2的表面)和用光扫描量表10的测量头21B。根据图11的测量头21B与根据图10的测量头21A的不同之处基本上在于，用模块31B代替根据图10的模块31A，其中，模块31B一方面基本上实现与模块31A相同的功能，即，测量头21B也提供这样的可能性：可通过模块31B引导用来照亮量表的区域10.1的照明装置38的光，可为此目的在模块31B的区域中将所述光耦合进入(couple into)在模块31B中，并可在模块31B的另一区域将所述光与模块31B脱离。

根据图11的测量头21B与测量头21A的不同之处基本上在于照明装置38的光如何耦合进入在模块31B中的方式。与通过照明装置38产生的光在模块31B中的耦合进入不相关的测量头21B的那些部件，与测量头21A的相应部件相同。特别地，测量头21A和21B涉及相同的远心光学系统30、相同的传感器40、相同的印刷电路板45和相同的照明装置38。

如在图11中指示的，测量头21B包括光导体70，将其这样布置，使得可将通过光源38.1产生的光经由光导体70耦合进入在模块31B中。在本实例中，将光导体70实现为是直线的，并包括端部，将其布置在孔45.3处，使得，将由相应光源38.1产生的光耦合进入在光导体70的此端部中并将其引导至光导体70的另一端。在光导体70的此另一端，光可从光导体70离开，并可在模块31B内传播，直到其在量表10的区域10.1的方向上在模块31B的表面32的区域32.6中脱离耦合为止。

在图11中，虚线39代表从光源38.1通过模块31B至量表10的区域10.1的光束的路线。如可从图11看到的，从光导体10离开的光射入模块31B的表面32的区域32.7，将所述区域32.7实现为反射面，并且，其相对于光轴34倾斜，使得在区域32.7中反射从光导体70离开的光，使得其在区域32.6中离开模块31B，并以＜90°的入射角θ到达量表10的区域10.1。

如在图11中进一步指示的，模块31B的表面32的区域32.6包含曲率，使得区域32.6形成透镜元件65。在本实例中，区域32.6凸出地弯曲。例如，可这样实现或实施区域32.6，使得透镜元件65校准与模块31脱离耦合的相应的光或将其聚焦在区域10.1上。

可以不同的方式实现光导体70。光导体70可以是分开的部件，例如，可将其定位在实现在模块31B中的凹槽31.2中。在替代方式中，也可将光导体70集成在模块31B中，使得模块31B形成具有光导体70的单件式部件。

与根据图11的示意图偏离，必须不能以直线的方式体现光导体70：光导体70也可沿着弯曲曲率引导相应光源38.1的光，其中，将光导体的一端布置在相应光源38.1处，例如，并将光导体的另一端布置在相应的透镜元件65处。在此情况中，可通过光导体将光源38.1的光引导至透镜元件65。

可以节省成本的方式制造模块31，31A和31B，在每种情况中，制造为由塑料制成的单件式部件，例如，通过喷射模塑或喷射压塑。基本上可通过喷射模塑或喷射压塑用传统的模制工具来制造。为了实现此目的，可以特别高的精度并以特别低的粗糙度来模制相应模块的表面的那些区域，其会影响通过远心光学系统30产生的图像的质量(即，例如区域32.1，32.2，32.4，32.6)，相应的模制工具可设置有单独的嵌入物(insert)，以特别高的精度处理所述表面，并且，将所述表面具体设计为模制相应模块的所述表面区域。例如，可用金刚石工具通过处理工件(其由金属制成)来制造这种嵌入件(例如，通过金刚石切割)。

模块31，31A和31B的表面的那些区域(即，例如，区域32.2，32.4，32.7)可设置有涂层，在每种情况中将所述区域分别体现为镜面或反射面，涂层增加模块31，31A和31B的表面的相应区域的反射率。

考虑以下标准，可优化根据本发明的装置5：

a)远心光学系统30产生包括聚焦深度的量表10的图像(如已经提到的)，聚焦深度是远心孔的大小的函数，即，是第一镜面35的大小的函数，该尺寸越大，孔的表面越小。响应于量表的扫描而相对于量表10必须分别保持的相应测量头21，21A或21B的预定距离的公差由此越大，第一镜面35的表面越小。另一方面，传感器40的信号S1至S4以及由此信号S1至S4的相应的信噪比越大(在通过照明装置38产生的光的预定强度的情况中)，第一镜面35的表面越大。信号S1至S4的相应信噪比依次确定在预定时间间隔中可识别待确定的相应位置的精度。因此，可将镜面35的最佳大小识别为是，最大化远心光学系统30的聚焦深度的需求和最大化传感器40的信号S1至S4的信噪比的需求之间的折衷。

b)在所述类型的量表10的情况中(即，通过用激光束处理导轨的表面来产生其标记的量表)，可能的是，量表10显示其全场上的关于相应标记的特征的不均匀性(特别是关于相应标记的反射率)。结果，信号S1，S2，S3，S4和S5可包含波动，其与相应测量头相对于量表10的相应位置相关。例如，通过光强度的调节可补偿这些波动，所述光由照明装置38产生或由用于放大相应信号S1，S2，S3，S4和S5的电子放大器(例如包含在电子电路42中的)的相应放大的调节产生。

c)随机地分布在量表10上的污染物(例如，油膜，研磨剂颗粒或其它颗粒)，将由照明装置38产生的光散射在透镜元件33上，如果必须的话。可通过这样做来减小相应信号S1，S2，S3，S4和S5的信噪比。其中，污染物的负面影响取决于相应污物颗粒的大小。通常，由污染物导致的散射光的强度越小，由照明装置38产生的光的波长越大。另一方面，信号S1至S4的大小取决于传感器40的光敏表面41的相应的光谱灵敏度。因此，可将由照明装置38产生的光的波长λ的最佳大小确定为是，将由污染物产生的散射光的强度减到最小的需求和将传感器40的光敏表面41的光谱灵敏度增到最大的需求之间的折衷。700nm＜λ＜900nm的最佳波长范围导致此情况，假设，在传统的硅技术的基础上制造传感器40的光敏表面41。

考虑上述优化标准，根据本发明的装置5允许，分别响应于测量头21或21A，或21B在量表的纵向方向上的5m/s的速度，以100nm的精度，分别确定相应的测量头21或21A，或21B相对于量表10的位置。因此，假设，在每种情况中，标记11在量表10的纵向方向上具有5至10μm的延伸，并相对于彼此以10至20μm的距离布置，例如。进一步假设，这样选择第一镜面35的大小，使得，必须响应于量表10的光扫描将相应光学系统30相对于量表10的预定距离保持在大约±110μm的公差。

Claims (22)

1.一种用于确定位置的装置(5)，包括：

量表(10)，包括一个或多个用于标记位置的标记(11，12)和测量头(21，21A，21B)，所述测量头可相对于所述量表(10)移动，用于以光学方式扫描所述量表(10)，

所述测量头(21，21A，21B)包括用于产生所述量表(10)的图像的远心光学系统(30)和用于捕获所述量表(10)的图像并提供信号(S1，S2，S3，S4，S5)的传感器(40)，通过所述信号，使得可能确定所述测量头(21，21A，21B)相对于所述量表(10)的位置，其中，所述远心光学系统(30)包括第一透镜元件(33)和孔(35)，所述第一透镜元件(33)布置在离所述量表(10)一定距离处并且所述第一透镜元件包含光轴(34)，所述孔(35)布置在背离所述量表(10)的所述透镜元件(33)的一侧的所述第一透镜元件(33)的焦点(F1)上，

其特征在于，

所述远心光学系统(30)包括包含表面(32)的模块(31，31A，31B)，其中，所述第一透镜元件(33)是所述模块(31，31A，31B)的一体组成部分，并且，所述模块(31，31A，31B)的表面(32)的第一区域(32.1)形成所述第一透镜元件(33)的表面，并且

其中，所述孔以第一镜面(35)的形式实现，所述第一镜面实现在所述模块(31，31A，31B)的表面(32)的第二区域(32.2)并相对于所述第一透镜元件(33)的光轴(34)倾斜

2.根据权利要求1所述的装置(5)，其中，所述传感器(40)布置在所述模块(31，31A，31B)的表面(32)的第三区域(32.3)。

3.根据权利要求2所述的装置(5)，其中，这样布置所述第一镜面(35)，使得光可通过所述第一透镜元件(33)沿着光轴(34)耦合进入所述模块(31，31A，31B)中，使得相应的所耦合进入的光在所述第一镜面(35)反射并且在所述模块(31，31A，31B)的表面(32)的第三区域(32.3)离开所述模块(31，31A，31B)。

4.根据权利要求2所述的装置(5)，其中，一个或多个第二镜面(36)实现在所述模块(31，31A，31B)的表面(32)的第四区域(32.4)，并且，相应的第二镜面(36)相对于所述第一镜面(35)这样布置，使得光可通过所述第一透镜元件(33)沿着光轴(34)耦合进入到所述模块(31，31A，31B)中，使得相应的所耦合进入的光在所述第一镜面(35)反射，然后在至少一个第二镜面(36)反射，然后，在表面的第三区域(32.3)离开所述模块(31，31A，31B)。

5.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的装置(5)，包括照明装置(38)，所述照明装置包括至少一个光源(38.1)，可通过所述光源(38.1)照亮所述量表(10)的至少一个区域(10.1)，其中，这样布置所述量表(10)的相应区域(10.1)，使得可通过所述远心光学系统(30)来产生所述量表(10)的相应区域(10.1)的图像，并使得可通过所述传感器(40)来捕获此图像。

6.根据权利要求5所述的装置(5)，其中，这样布置所述相应光源(38.1)，使得通过所述光源(38.1)产生的光可在所述模块(31A，31B)的表面(32)的区域(32.5)处耦合进入到所述模块中，并可在所述模块(31A)的表面(32)的另一区域(32.6)处脱离耦合。

7.根据权利要求6所述的装置(5)，其中，所述模块(31A，31B)的那个表面的区域(32.6)包含曲率，使得所述表面的此区域形成透镜元件(65)，其中在所述模块(31A，31B)的表面的区域(32.6)处通过所述相应光源(38.1)产生的光会脱离耦合。

8.根据权利要求6或7中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，在所述模块(31A，31B)的表面(32)的区域(32.7)处实现一反射面，这样布置所述反射面，使得耦合进入到所述模块(31A，31B)中所述相应光源(38.1)的相应的光在此反射面反射。

9.根据权利要求6至8中的任一项权利要求所述的装置(5)，包括一个或多个光导体(70)，其中，这样布置相应的光导体(70)，使得可将通过所述相应光源(38.1)产生的光经由一个相应的光导体(70)耦合进入到所述模块(31B)中。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述模块(31B)包含至少一个凹槽(31.2)，在所述凹槽(31.2)中布置相应的光导体(70)，或将所述光导体(70)集成在所述模块(31B)中。

11.根据权利要求5至10中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，所述量表(10)包含：一个或多个增量式轨迹(11’)，所述增量式轨迹均包括多个增量地布置的标记(11)，和/或一个或多个包括一个或多个参考标记(12)的参考轨迹(12’)。

12.根据权利要求5至11中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，所述量表(10)包含多个标记(11，12)，其布置在多个彼此相邻地布置的轨迹(11’，12’)中，并且

所述照明装置(38)包括多个光源(38.1)，这样布置所述光源，使得可通过一个相应的光源(38.1)照亮一个轨迹(11’)，并可通过另一相应的光源(38.1)照亮另一轨迹(12’)。

13.根据权利要求5至12中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，这样实现所述量表(10)，使得相应标记(11，12)的边缘与表面区域邻接，所述表面区域以定向的方式反射入射光(39，B)，并且，将所述表面区域这样布置，使得在所述表面区域反射通过相应光源(38.1)产生的光(39)，使得相应的所反射的光(BR)不射入所述第一透镜元件(33)。

14.根据权利要求5至13中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，这样实现相应的标记(11，12)，使得在通过所述照明装置(38)照亮所述标记(11，12)的情况中，产生散射光(BS)，所述散射光可通过所述第一透镜元件(33)透入所述模块(31，31A，31B)中。

15.根据权利要求5至14中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，在所述相应光源(38.1)和所述模块(31)之间布置光阑本体(50)，所述光阑对于所述相应光源(38.1)的光来说是不透明的。

16.根据权利要求15所述的装置(5)，其中，所述光阑本体(50)包含第一腔室(50.1)，在所述第一腔室中定位所述模块(31)；以及第二腔室(50.2)，在所述第二腔室中定位所述照明装置(38)的相应光源(38.1)。

17.根据权利要求16所述的装置(5)，其中，所述第二腔室(50.2)在面向所述量表(10)的一侧上包含开口(50.4)，这样布置所述开口(50.4)，使得可通过所述第二腔室(50.2)的此开口(50.4)用所述照明装置(38)的光源(38.1)照亮所述量表的相应区域(10.1)，并且

所述第一腔室(50.1)在面向所述量表(10)的一侧上包含开口(50.3)，这样布置所述开口(50.3)，使得可通过所述第一腔室(50.1)的此开口(50.3)用所述远心光学系统(30)产生所述量表(10)的相应区域(10.1)的图像。

18.根据权利要求1至17中的任一项权利要求所述的装置(5)，其中，所述模块(31，31A，31B)是由塑料制成的模制零件。

19.一种引导系统(1)，

包括第一本体(2)和第二本体(3)，所述第二本体(3)可相对于所述第一本体移动并在所述第一本体上引导，以及

根据权利要求1至权利要求18中的任一项权利要求所述的用于确定位置的装置(5)，

其中，将所述量表(10)布置为相对于所述第一本体(2)是固定不动的，并将所述测量头(21，21A，21B)布置为相对于所述第二本体(3)是固定不动的。

20.根据权利要求19所述的引导系统，其中，相应标记(11，12)集成在所述第一本体(2)中或体现在所述第一本体(2)的表面(2.1)。

21.根据权利要求19或20中的任一项权利要求所述的引导系统，其中，所述测量头(21，21A，21B)附接至所述第二本体(3)。

22.根据权利要求19至21中的任一项权利要求所述的引导系统，所述引导系统体现为线性引导件(1)，其中，所述第一本体(2)是导轨，所述第二本体(3)可以线性的方式沿着所述导轨移动。

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