本发明专利技术涉及光电位置测量装置（１）和光电位置测量方法。光电位置测量装置（１）包括载有可光学测量的位置代码（ＰＣ）的代码载体（６）、辐射源（２）和具有第一传感器单元（１３）的测量单元（１４），第一传感器单元具有光敏接收区（１２）。由此能产生取决于位置代码（ＰＣ）的扫描信号并因此能测量代码载体（６）相对第一传感器单元（１３）的位置。代码载体（６）可相对第一传感器单元（１３）以一个自由度运动。在代码载体（６）和第一传感器单元（１３）之间设有带有聚焦区段（１０）和至少一个邻接区段（９，１１）的折射光学元件（８）。相对于聚焦区段（１０）的光轴（ＯＡ）平行或以小于临界角度α的入射角度入射到聚焦区段的光辐射（３）经过聚焦区段（１０）导引到第一传感器单元（１３）的位于光轴（ＯＡ）上的接收区（１２），相对聚焦区段的光轴在临界角度α之上的偏转角度区内入射的辐射经过聚焦区段和邻接区段被偏转向在聚焦区段光轴之外的位置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的光电位置测量装置和根据权利要求13 的前序部分的光电位置测量方法。确定至少两个相对运动的子系统的位置方法和装置是早已知的。常规做法是在被测部件上投影代码，其中投影通常是使用光电设备例如LED和/或激光器来完成。位置确定功能且尤其是其精度取决于代码以及投影机构的设计和布置。在许多应用场合例如大地测量和工业测量中需要确定作为位置的方向、角度和长度以及以及需要确定距离。位置测量技术的发展经过机械读取过程而最终达到根据当今现有技术的全自动化位置测量。已知的扫描方法为电磁方法、电子方法和光电方法。以下实施方式涉及光电扫描直ο常见的、例如DE8302799U1所述的、用于确定距离或绕轴角度的光电位置测量传感器具有代码载体和带有用于接收部分光辐射的许多光敏接收区的测量机构，其中该代码载体和测量机构能相对转动。光检测器例如是光电检测器。代码载体一般以条或圆片以及基本上为圆环的形式形成并且在一侧载有可光测的位置代码，代码中的一部分通过照明机构被投影到测量单元。一般，此时可移动地构成代码载体。但是，也可以实现以下实施方式， 其中代码载体固定不动但检测器移动。CH522876公开了在代码载体和测量机构之间设有光阑。但是事实表明，这种布置特别难以制造，这是因为测量单元和光阑很小，而且还必须精确地相互调准，以便测量单元测量期望的辐射部分。在此情况下存在对光阑孔径大小或光阑缝隙大小、检测器表面宽度和检测器至光阑距离的矛盾要求。通过光阑来遮挡倾斜入射的光，因此由检测器检测的空间角受到限制。此时，检测器宽度或像素宽度和缝隙宽度以及光阑距离有相互关系。在检测器宽度大时，必须保持狭窄的缝隙或者选择大的光阑距离，以实现空间角度的相应限制。 但是，缝隙宽度的减小也减少主要可供使用的光量，而光阑距离的增大增大了整体结构的尺寸。鉴于此，本专利技术基于以下任务，提供一种改善的、尤其是尺寸减小的或更好利用光量的。本专利技术的另一个任务是提供一种位置测量装置，它可以简单地制造并且具有简化构造。此外，该位置测量装置的耐用性应得以提高并且其耗能得以减少。根据本专利技术，这些任务通过权利要求1或者13的主题或者从属权利要求来完成或者改进了这些解决方案。该光电位置测量装置包括载有可光学测量的位置代码的代码载体、用于向代码载体发出光辐射的辐射源、具有至少一个第一传感器单元的测量单元，该第一传感器单元具有至少一个用于接收辐射的至少一部分的光敏接收区，由此能产生取决于位置代码的扫描信号并因而能测量代码载体相对于测量单元的位置，光电位置测量装置还包括设置在代码载体和测量单元之间的折射光学元件，其中该代码载体可相对测量单元以一个自由度、尤其是旋转或者平移地运动。根据本专利技术，光学元件为了限制空间角度而具有包括一个聚焦区段和至少一个邻接区段的光学元件。这样，相对于聚焦区段的光轴平行或小于临界角度入射的光辐射经过聚焦区段被引导至第一传感器单元的位于光轴上的接收区并且经过邻接区段被引导至第一传感器单元的在光轴之外的接收区或者在第一传感器单元旁边的一个位置。临界角度因此限定偏转角度区的起点，该偏转角度区的功能性进而也可通过第二临界角度来限制。这种布置形式的优点在于，不需要经光阑来实现对被测光的限制并且相对光轴平行地或在容许角度区内入射的光被聚焦，从而可以在第一传感器单元的接收区上实现比光阑更高的强度。从期望方向之外的其它方向入射的光将被聚焦或偏转向第一传感器单元的在光轴之外的接收区或者在第一传感器单元旁边的位置，从而该部分光辐射没有失真地影响到测量结果，并且或许可被用于其它目的例如强度调整或亮度控制。原则上，可以利用该光学元件实现以下作用，它与光阑相似，但与之相比有优点。此外，也可以规定第二临界角度，当超出第二临界角度时，又经过邻接区段引导光到在光轴上的中央测量区段。此外，采用这样的折射光学元件允许结构高度比相似的光阑方案的更小，从而可尽量保持小的传感器和代码载体之间的距离，这不仅就微型化而言是有利的，而且在装置耐用性方面带来优点。通过聚焦作用或者光束引导作用和由此产生的较高强度，也能以较低功率操作光源工作，这意味着更低的光源耗能和更长的光源使用寿命。在此情况下不需要实际上精确地将一个接收区设置在其中一个区段的焦点上。相反，利用了聚焦机构的收敛作用。一个接收区也可以平行于光轴地设置在焦点之前或之后， 即散焦布置。通过采用具有至少一个邻接区段的聚焦光学元件，造成只有相对于光轴平行地或在容许角度范围内入射至聚焦区段的光辐射到达第一传感器单元的位于光轴上的接收区， 从而也改善了投影测量的可靠性。位置测量装置的优选实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。聚焦区段和邻接区段优选在靠近代码载体的一侧具有弯曲的表面，其中该聚焦区段表面的曲率半径可以不同于邻接区段的表面的曲率半径。这样的布置结构实现了入射光更好地分隔。在聚焦区段外入射的且同样能平行于光轴的光辐射将通过邻接区段被聚焦。 此时优选地，邻接区段的焦点应不与聚焦区段的焦点重合，而且也不位于与聚焦区段的焦点相同的光轴横向平面内。但是，一个替代实施方式代替弯曲的外侧区段地采用了具有朝内倾斜或倾转的平坦表面的外侧区段，其确实也获得了偏转作用，但没有实现该区段的附加聚焦效果。如此构成的光学元件扩大了人们想用位于光轴上的接收区测量到的辐射部分和例如射入邻接区段的其它辐射部分之间的距离。因此，通过此实施方式再次提高了测量可靠性。根据另一种优选实施方式，光学元件具有两个邻接区段，中央的聚焦区段设于这两个邻接区段之间。因此，在聚焦区段两侧入射的光辐射可以偏离第一传感器单元的位于光轴上的接收区地被聚焦。该光学元件可以固定在测量单元上，尤其是被粘结或胶合到测量单元上，从而光学元件和测量单元预制形成并且可作为组件被装入位置测量装置。这在制造中节约了用于独立元件的定向和调节的附加成本并且预防了定向误差。此外，测量单元的传感器单元非常小而敏感，从而通过其在光学元件上的固定已经提供了传感器单元的损伤保护。根据另一种优选实施方式，位置代码包括衍射码元。位置代码也可以只由多个衍射码元组成，在此，相互并列的码元的衍射性能是不同的。此外，可以想到以全息图形式构成代码载体。通过码元的衍射结构产生以下衍射结构，其根据所选的衍射结构而具有不同的特性。通过适当选择衍射结构或者栅格和位置测量装置的其它组成部件的相应布置，可以实现照到码元的辐射的、落在测量单元上的部分被减少或增加。为此，一个码元可以不同于不具有该结构的码元。通过这种识别，代码的结构或顺序可被识别和评价。传感器单元优选在光学元件上相对光轴至少部分非对称地布置。这还实现了测量并评价相对光轴以一个角度射入聚焦区段的辐射部分。利用这样的布置结构，还可以用第一传感器单元的位于光轴上的接收区测量第η级的最大值或最小值的衍射的辐射部分。此外，可以设置至少一个第二传感器单元用于测量例如由衍射码元产生的最大值或最小值的辐射，其中，第二传感器单元平行于第一传感器单元设置。通过这种方式，可以获得能被用于位置信息评价或辐射强度控制的附加信息。而且，该测量形式适用于校准位置测量装置。如果设有衍射代码，则可以如此布置第二传感器单元，S卩，它在第一传感器单元测量最小值时测量最大值，或反之。通过这种方式，人本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种光电位置测量装置，所述光电位置测量装置包括：－代码载体（６），其载有能够光学测量的位置代码（ＰＣ）；－向代码载体（６）发出光辐射（３）的辐射源（２）；－具有至少一个第一传感器单元（１３）的测量单元（１４，８２），第一传感器单元具有至少一个用于接收光辐射（３）的至少一部分的光敏接收区（１２），由此能产生取决于位置代码（ＰＣ）的扫描信号并因此能测量代码载体（６）相对第一传感器单元（１３）的位置；以及－折射光学元件（８，２０，３０，８１），它设置在代码载体（６）和第一传感器单元（１３）之间并且具有一个聚焦区段（１０，２１，３１，８９）和至少一个邻接区段（９，１１，２２，３２，３３，８５，８６），其中：－能够通过该聚焦区段（１０，２１，３１，８９）将与聚焦区段（１０，２１，３１，８９）的光轴（ＯＡ）平行入射的、或相对于聚焦区段（１０，２１，３１，８９）的光轴（ＯＡ）以小于临界角度（α）的入射角度入射的辐射（３）偏转向第一传感器单元（１３）的位于光轴（ＯＡ）上的接收区（１２），以及－通过该聚焦区段（１０，２１，３１，８９）和该邻接区段（９，１１，２２，３２，３３，８５，８６），将相对该光轴（ＯＡ）以在大于临界角度（α）的偏转角度区内的入射角度入射的辐射偏转向在光轴外的位置，其中该代码载体（６）可相对第一传感器单元（１３）以一个自由度、尤其是转动或平移地运动，其特征在于，该聚焦区段（１０，２１，３１，８９）和该邻接区段（９，１１，２２，３２，３３，８５，８６）在靠近代码载体（６）的一侧具有弯曲的表面（２３，２４，３４－３６，８３，８４），其中聚焦区段（１０，２１，３１，８９）的表面（２３，３４）的曲率半径（Ｒ１）不同于所述至少一个邻接区段（９，１１，２２，３２，３３，８５，８６）的表面（２４，３５，３６）的曲率半径（Ｒ２，Ｒ３）。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·阿曼，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH
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