專(zhuān)利名稱(chēng)：位置測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的位置測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
這樣的位置測(cè)量裝置包括一個(gè)測(cè)量體，它具有至少一個(gè)沿直線(xiàn)或曲線(xiàn)分布的刻度；一個(gè)借助光源掃描該測(cè)量刻度的掃描機(jī)構(gòu)；該掃描機(jī)構(gòu)的接收單元，可借助該接收單元接收由光源發(fā)出的并因該測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)以便進(jìn)行分析；以及安置在該測(cè)量體和該接收單元之間的并由光學(xué)透鏡構(gòu)成的透鏡裝置，該透鏡裝置用于在該接收單元上產(chǎn)生該測(cè)量刻度的規(guī)定圖象。
這樣的位置測(cè)量裝置用于確定兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體的例如機(jī)床的兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床部件的相對(duì)位置。為此，測(cè)量體與這兩個(gè)物體中的一個(gè)相連，掃描機(jī)構(gòu)與其中的另一個(gè)相連，從而通過(guò)借助測(cè)量刻度對(duì)測(cè)量體的掃描，可以確定出這兩個(gè)物體沿該測(cè)量刻度的分布方向(測(cè)量方向)的運(yùn)動(dòng)程度。在這里，利用其測(cè)量刻度沿直線(xiàn)分布的所謂的線(xiàn)性位置測(cè)量裝置，可以測(cè)量出兩個(gè)物體的線(xiàn)性相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而所謂的角度測(cè)量裝置用于確定兩個(gè)可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體的相對(duì)位置。原則上，測(cè)量刻度可以沿任意的線(xiàn)分布，應(yīng)該沿該線(xiàn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
線(xiàn)性位置測(cè)量裝置的測(cè)量刻度的不同構(gòu)造以及用于確定曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位置測(cè)量裝置的不同構(gòu)造導(dǎo)致了接收因該測(cè)量刻度(反射透射法)而改變的光線(xiàn)以便進(jìn)行分析的接收單元(光電探測(cè)器)必須適應(yīng)于各種測(cè)量刻度的幾何形狀。這尤其適用于接收單元的光敏表面的構(gòu)造和掃描，這樣的表面一般通過(guò)適當(dāng)?shù)墓怆娂呻娐?Opto-Asic)構(gòu)成。為不同的測(cè)量刻度幾何形狀采用不同的光電探測(cè)器造成生產(chǎn)成本的相應(yīng)提高。
EP0801724B1公開(kāi)了一種位置測(cè)量裝置，其中，在借助光掃描的測(cè)量刻度和對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器之間設(shè)有一個(gè)分析光柵，以便從因測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)中產(chǎn)生一個(gè)合成條紋圖案。在這里，這個(gè)分析光柵是如此構(gòu)成的，即由通過(guò)圓環(huán)形測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)中產(chǎn)生一個(gè)直線(xiàn)延伸的條紋圖案，或相反地，由通過(guò)直線(xiàn)測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)圖案產(chǎn)生一個(gè)成圓環(huán)形分布的條紋圖案。這樣一來(lái)，例如可以在掃描圓環(huán)形測(cè)量刻度時(shí)產(chǎn)生一個(gè)要由光電探測(cè)器接收的條紋圖案，該條紋圖案按照與在通常在掃描直線(xiàn)測(cè)量刻度時(shí)產(chǎn)生的條紋圖案一樣的方式直線(xiàn)分布。因而，可以在使用同一類(lèi)型的光電探測(cè)器的情況下分析角度測(cè)量裝置的條紋圖案以及線(xiàn)性位置測(cè)量裝置的條紋圖案。
US-PS5486923公開(kāi)了在一個(gè)位置測(cè)量裝置中使用一個(gè)衍射光柵作為波前鋒修正結(jié)構(gòu)。US-PS4577101公開(kāi)了一種光電角度測(cè)量裝置，其中，圓環(huán)形測(cè)量刻度在使用錐形反射鏡和圓柱透鏡的情況下被投影到一個(gè)線(xiàn)性光電探測(cè)器上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是進(jìn)一步改善上述類(lèi)型的位置測(cè)量裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供一種具有權(quán)利要求1特征的位置測(cè)量裝置解決該問(wèn)題。
因此，如此構(gòu)成用于在接收單元上產(chǎn)生測(cè)量刻度的規(guī)定圖象的位置測(cè)量裝置的透鏡裝置，即所產(chǎn)生的圖象沿一條線(xiàn)延伸，其曲率不同于該測(cè)量刻度沿其分布的線(xiàn)的曲率。就是說(shuō)，例如由此可以由線(xiàn)性分布的測(cè)量刻度在接收單元上產(chǎn)生一個(gè)彎曲的圖象，或者由彎曲的測(cè)量刻度產(chǎn)生一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象，或者產(chǎn)生一個(gè)其曲率不同于前述曲率的圖象。
據(jù)此，本發(fā)明的解決方案規(guī)定了使用一個(gè)透鏡裝置來(lái)相對(duì)該測(cè)量刻度的曲率改變?cè)搱D象的曲率(其中在這個(gè)總稱(chēng)謂中也包含了作為其曲率半徑無(wú)窮大的刻度的直線(xiàn)測(cè)量刻度)，以便如此由曲率不同的測(cè)量刻度產(chǎn)生一個(gè)具有同一曲率的圖象，即可以用同一類(lèi)型的接收單元來(lái)分析這些測(cè)量刻度不同的圖象。
本發(fā)明的解決方案尤其適用于具有直線(xiàn)分布的測(cè)量刻度的位置測(cè)量裝置(所謂的長(zhǎng)度測(cè)量裝置)或者具有沿一個(gè)環(huán)且尤其是圓環(huán)分布的測(cè)量刻度的位置測(cè)量裝置即所謂的角度測(cè)量裝置。在這里，后者不一定沿該環(huán)或圓環(huán)的整個(gè)外周延伸。確切地說(shuō)，也可以由一個(gè)彎角段構(gòu)成相應(yīng)的測(cè)量刻度，該彎角段只沿一個(gè)環(huán)或圓環(huán)的一部分延伸。
與一個(gè)呈環(huán)形分布的測(cè)量刻度構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)或只是一個(gè)環(huán)的一部分無(wú)關(guān)地，這樣的測(cè)量刻度通前后排列呈環(huán)形的環(huán)段構(gòu)成，這些環(huán)段分別在徑向上有規(guī)定的延伸長(zhǎng)度并且其寬度(在該環(huán)的圓周方向上的延伸長(zhǎng)度)沿徑向改變，即沿徑向向外增大。為了形成一個(gè)環(huán)形測(cè)量刻度的直線(xiàn)延伸的圖象，該測(cè)量刻度的這些環(huán)段的通過(guò)透鏡裝置形成在接收單元上的圖象分別具有恒定的寬度，即沿該圖象的直線(xiàn)延伸方向具有恒定的延伸長(zhǎng)度?？梢詾榇艘?guī)定，該透鏡裝置的投影比例與該環(huán)的中央軸線(xiàn)相關(guān)地沿徑向變化，該中央軸線(xiàn)就是測(cè)量刻度整個(gè)或部分沿其延伸的軸線(xiàn)，確切地說(shuō)，所述投影比例沿徑向從內(nèi)向外地從大于1的值減小到小于1的值。這例如可以這樣做到，即投影比例與該測(cè)量刻度的一點(diǎn)距該測(cè)量刻度的中央軸線(xiàn)的距離成反比。后者又是這樣做到的，即該透鏡裝置的這些透鏡的焦距與該測(cè)量刻度的中央軸線(xiàn)相關(guān)地沿徑向改變。
另外，透鏡裝置被構(gòu)造成用于實(shí)現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)換，即這些環(huán)段的圖象無(wú)重疊地并且最好彼此緊鄰地前后排列。
相反，可以由沿著一條直線(xiàn)前后排列的細(xì)線(xiàn)(寬度恒定的線(xiàn)段)構(gòu)成的直線(xiàn)分布的測(cè)量刻度產(chǎn)生一個(gè)彎曲的環(huán)形圖象，其做法是，一個(gè)環(huán)形透鏡裝置的投影比例與該透鏡裝置的中央軸線(xiàn)有關(guān)地沿徑向改變，尤其是從小于1的值沿徑向向外地增大到大于1的值。
尤其是這樣的透鏡裝置適用于由測(cè)量刻度產(chǎn)生上述類(lèi)型的圖象，即該透鏡裝置包括兩組透鏡，這兩組透鏡布置在兩個(gè)相互相互平行延伸的平面的各一個(gè)平面中，在這里，這些平面如此取向，即因測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)與這些平面相交。
在這種情況下，這兩組透鏡各自成對(duì)地組成一個(gè)單元，一個(gè)單元的透鏡各自垂直于這兩個(gè)平面地前后布置，從而經(jīng)過(guò)一個(gè)單元的第一透鏡的光線(xiàn)的至少一部分隨后到達(dá)同一單元的第二透鏡，而不到達(dá)該透鏡裝置的另一單元的第二透鏡。這樣一來(lái)，應(yīng)該防止了在透鏡裝置的不同單元之間的交叉調(diào)制。
為了避免交叉調(diào)制，作為替換方式或者除上述措施外，還可以采用一個(gè)光闌結(jié)構(gòu)，它設(shè)置在這兩個(gè)透鏡組之間或者布置在光線(xiàn)最后經(jīng)過(guò)的那個(gè)透鏡組的平面里。在這種情況下，尤其是該透鏡裝置的每個(gè)單元配有該光闌結(jié)構(gòu)一個(gè)開(kāi)口。借助這樣的光闌結(jié)構(gòu)，可以如此引導(dǎo)光線(xiàn)，即已經(jīng)過(guò)該透鏡裝置的一個(gè)單元的第一透鏡的光線(xiàn)不會(huì)到達(dá)該透鏡裝置的另一單元的第二透鏡。
這兩組透鏡最好分別平行于測(cè)量體和平行于該掃描機(jī)構(gòu)的光敏表面布置。它們最好分別由呈環(huán)形前后布置的(環(huán)段狀)透鏡構(gòu)成，其中，這兩個(gè)透鏡組的中心點(diǎn)位于一條直線(xiàn)(共同的軸線(xiàn))上或一個(gè)圓弧上。
還可以規(guī)定，這兩個(gè)透鏡組的這些透鏡的透鏡中心點(diǎn)被布置在一個(gè)由多行構(gòu)成的兩維場(chǎng)中，或者該透鏡中心點(diǎn)分別沿多個(gè)半徑不同的同心環(huán)線(xiàn)布置。
在這種情況下，該兩維場(chǎng)的這些行基本上平行于該測(cè)量刻度的分布方向延伸并且不同的行交錯(cuò)布置在該測(cè)量刻度的分布方向上，此外，不同的環(huán)線(xiàn)的中心點(diǎn)在方位角方向上交錯(cuò)布置。
這些透鏡本身最好局部被構(gòu)造成具有按規(guī)定取向的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的圓柱透鏡，在這種情況下，它尤其可以是圓柱對(duì)稱(chēng)透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式，該透鏡裝置的一組中的透鏡分別垂直于各透鏡組的延伸平面地隆起，其中這些透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)沿徑向延伸并且相交于一點(diǎn)上。
此外，這兩個(gè)透鏡組的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)如此在徑向上相互間隔開(kāi)，即在該透鏡裝置的一個(gè)單元中，沿光軸看，這個(gè)單元的兩個(gè)透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)分別對(duì)準(zhǔn)地前后布置，在該透鏡裝置的另一單元里，兩個(gè)透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)分別垂直于光軸地相互錯(cuò)開(kāi)。這樣一來(lái)，一個(gè)環(huán)形測(cè)量刻度的這些環(huán)段在第一圖象平面里不重疊地沿一條直線(xiàn)前后排列，這些環(huán)段由于由位置決定的所選投影比例而被轉(zhuǎn)換為寬度恒定的矩形段。
為此規(guī)定，沿光軸看，一個(gè)單元的透鏡的相互錯(cuò)開(kāi)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)相互交叉，確切地說(shuō)這樣交叉，即第一透鏡組和第二透鏡組的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)在徑向上相互錯(cuò)開(kāi)。同時(shí)，這些沿圓周方向界定出一個(gè)環(huán)形透鏡組的各透鏡的側(cè)邊界線(xiàn)對(duì)于一個(gè)單元的兩個(gè)透鏡來(lái)說(shuō)是對(duì)準(zhǔn)排列的，因而，沿光軸看，一個(gè)單元的兩個(gè)透鏡基本上對(duì)準(zhǔn)。
不僅衍射透鏡(也成多級(jí)衍射結(jié)構(gòu)的形式)可用做光學(xué)透鏡，而且反射透鏡可用作光學(xué)透鏡。
本發(fā)明的位置測(cè)量裝置的解決方案不僅可以被用在這樣的測(cè)量刻度上，即它們可以按照反射法來(lái)掃描，也可以被用在可按透射法掃描的測(cè)量刻度上。另外，按照本發(fā)明來(lái)形成位置測(cè)量裝置不僅對(duì)絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)(測(cè)量體帶有絕對(duì)代碼道)是實(shí)用的，而且對(duì)增量測(cè)量系統(tǒng)(測(cè)量體帶有周期性測(cè)量刻度)是實(shí)用的。
測(cè)量體可以具有多個(gè)垂直于其延伸方向并列的道，這些道可用光來(lái)掃描以便測(cè)量位置。此外，至少這些道中的一部分可以通過(guò)一個(gè)共同的透鏡裝置來(lái)成像，和/或至少部分道可以通過(guò)獨(dú)立的透鏡裝置來(lái)成像。在這里，每個(gè)透鏡裝置的兩個(gè)透鏡組能各自安置在一個(gè)共同的基板上。


在以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明中，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中圖1是一個(gè)用于角度測(cè)量的位置測(cè)量裝置的橫截面圖，該位置測(cè)量裝置具有一個(gè)可按透射法來(lái)光掃描的環(huán)形分布的代碼道以及一個(gè)用于在光電探測(cè)器上形成通過(guò)代碼道而改變的光的圖象的透鏡裝置；圖2a表示圖1的代碼道的環(huán)段以及這些環(huán)段的圖象；圖2b是表示圖1的這些環(huán)段和其圖象的另一視圖；圖3a表示圖1的代碼道的多個(gè)沿一圓環(huán)并列布置的環(huán)段；圖3b-3d表示在產(chǎn)生圖3a所示透鏡裝置的圖象時(shí)的轉(zhuǎn)換步驟，其中該圖象通過(guò)成直線(xiàn)前后排列的寬度恒定的段構(gòu)成；圖4a是圖1的透鏡裝置的一個(gè)透鏡組的俯視圖；圖4b是圖1的透鏡裝置的截面圖；圖5表示圖1所示透鏡裝置的一個(gè)透鏡組和光闌結(jié)構(gòu)的局部；圖6表示圖1的透鏡裝置的改進(jìn)方案的局部；圖7表示一個(gè)用于按反射法掃描測(cè)量刻度的位置測(cè)量裝置；圖8表示圖2a的轉(zhuǎn)換方式的變型方案。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個(gè)用于角度測(cè)量的位置測(cè)量裝置(即角度測(cè)量裝置或旋轉(zhuǎn)編碼器)，它具有一個(gè)測(cè)量體2和一個(gè)沿測(cè)量方向即沿一個(gè)圓環(huán)相對(duì)測(cè)量體2移動(dòng)的掃描單元1，該掃描單元用于掃描測(cè)量體2。測(cè)量體2在這里成一個(gè)絕對(duì)的旋轉(zhuǎn)編碼器的刻度盤(pán)的形式并且具有成包含絕對(duì)位置信息的代碼道20(PRC道)形式的測(cè)量刻度，所述代碼道呈圓環(huán)形圍繞著用于測(cè)量體2和掃描單元1的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軸線(xiàn)D地分布在測(cè)量體2上。
沿徑向看，在包含絕對(duì)位置信息的代碼道20旁邊有增量道200，該增量道也呈環(huán)形圍繞位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D分布并且由一個(gè)周期性的分刻度構(gòu)成。如果需要，測(cè)量體2還可以具有更寬的道。
用于按照透射法掃描測(cè)量體2的這兩個(gè)道20、200的掃描單元1具有一個(gè)成發(fā)光二極管形式的光源11并且在測(cè)量體2的背對(duì)該光源的一側(cè)具有一個(gè)光電探測(cè)器19。在光源11和測(cè)量體2之間設(shè)有一個(gè)聚光透鏡13，在該聚光透鏡使由光源11發(fā)出的光線(xiàn)平行化之后，光線(xiàn)才照到測(cè)量體2上。在測(cè)量體2的另一側(cè)，在測(cè)量體2和光電探測(cè)器19之間設(shè)有兩個(gè)透鏡裝置3、4和300、400，它們用于在光電探測(cè)器19上投影因代碼道20或者增量道200而改變的光線(xiàn)L。
在根據(jù)圖1按照透射法工作的位置測(cè)量裝置中，來(lái)自光源11的并借助聚光透鏡13被平行化的光線(xiàn)在經(jīng)過(guò)透光的測(cè)量體2時(shí)因代碼道20或增量道200而改變，在這里產(chǎn)生了規(guī)定的光圖。因代碼道20或增量道200而改變的光線(xiàn)隨后到達(dá)第一透鏡裝置3、4或者第二透鏡裝置300、400，它們布置在一個(gè)共同的基板上。透鏡裝置3、4分別由兩組透鏡構(gòu)成，它們布置在兩個(gè)相互平行地延伸的平面30、40中的各一個(gè)平面里。每個(gè)透鏡組3和4或300和400由多個(gè)并列布置在各自平面30或40里的透鏡(所謂的微透鏡組)組成。這兩個(gè)透鏡裝置的透鏡組3、4或者300、400在其中延伸的平面是如此布置的，即在測(cè)量體2上被改變的光線(xiàn)L基本與這些平面垂直相交。
在這樣的包括兩個(gè)按照規(guī)定間距相互分開(kāi)的且彼此平行的透鏡組3、4或300、400的雙重透鏡組中，第一透鏡組3或300的每個(gè)單透鏡恰好與第二透鏡組4的一個(gè)單透鏡相配。這樣，可以利用這些透鏡而無(wú)需波導(dǎo)結(jié)構(gòu)地實(shí)現(xiàn)一個(gè)正投影比例即一個(gè)其值大于零的且尤其是大于1的投影比例。這樣的投影比例又允許這些按規(guī)定空間定向的單透鏡連續(xù)相互鄰接。這使得在位置測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)高度較低且其結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)進(jìn)行大面積的測(cè)量體2的掃描成為可能。
在這種情況下，特別有利的是這樣形成透鏡裝置，即投影比例的平均值取1。由于為各透鏡裝置的兩個(gè)透鏡組3、4或300、400采用相同的場(chǎng)即在各自平面30、40里協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)地布置單透鏡，所以，由透鏡裝置3、4在探測(cè)器19上投影的圖象區(qū)(有相應(yīng)網(wǎng)目)直接連續(xù)過(guò)渡。
圖1所示位置測(cè)量裝置的一個(gè)特點(diǎn)在于，光電探測(cè)器19沒(méi)有呈圓環(huán)形構(gòu)造的表面，而確切地說(shuō)，它具有直線(xiàn)構(gòu)造的探測(cè)器表面，就象用在所謂的長(zhǎng)度測(cè)量裝置中那樣，即該位置測(cè)量裝置具有一個(gè)直線(xiàn)分布的測(cè)量刻度(成代碼道或增量道形式)。就是說(shuō)，光電探測(cè)器19由一個(gè)Opto-ASIC構(gòu)成，它主要以其直線(xiàn)構(gòu)造的表面用于長(zhǎng)度測(cè)量裝置。由于這樣的ASIC也被用在角度測(cè)量裝置或旋轉(zhuǎn)編碼器里，所以，它可以成本低廉地大批量制造。這降低了位置測(cè)量裝置的生產(chǎn)成本。
為了在如圖1所示的角度測(cè)量用位置測(cè)量裝置中使用一個(gè)直線(xiàn)構(gòu)造的光電探測(cè)器19，需要由通過(guò)圓環(huán)形代碼道20或圓環(huán)形增量道200構(gòu)成的光圖在光電探測(cè)器19上產(chǎn)生一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象，如以下結(jié)合圖2a、2b和圖3a-3d所述的那樣。為此，要適當(dāng)?shù)貥?gòu)成透鏡裝置3、4或者300、400。
圖2a表示如圖1所示的環(huán)形代碼道20的一個(gè)環(huán)段21。為了形成環(huán)性代碼道20，每個(gè)環(huán)段21在代碼道20的圓周方向上的延伸長(zhǎng)度a(r)與到位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的距離r有關(guān)。
為了由如圖2所示環(huán)段21構(gòu)成的代碼道20產(chǎn)生直線(xiàn)延伸的圖象，這些環(huán)段21必須轉(zhuǎn)換為其寬度b與位置無(wú)關(guān)的矩形圖象21′，如圖2a所示。在這里，投影比例被選擇成一個(gè)環(huán)段21的矩形圖象21′的寬度b等于半徑為r0時(shí)的環(huán)段寬度a(r0)，它在徑向上看表示環(huán)段20的中心。換句話(huà)說(shuō)，如此選擇值r0，即從該值r0開(kāi)始，環(huán)段21在徑向上以相等的值向內(nèi)和向內(nèi)延伸(即離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D或伸向轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D)。因此，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D間隔r0的點(diǎn)表示環(huán)段21的彎曲中心線(xiàn)并因而總體表示環(huán)形代碼道21的彎曲中心線(xiàn)。
為了由圖2a的一個(gè)環(huán)段21產(chǎn)生矩形圖象21′，在這里考慮這樣的圖象，其中在由平均半徑值r0限定的中心線(xiàn)以?xún)?nèi)的環(huán)段21區(qū)域被擴(kuò)寬，而在由平均半徑值r0限定的中心線(xiàn)之外的各環(huán)段21的那些區(qū)域的延伸長(zhǎng)度a(r)被減小。在由平均半徑值r0限定的中心線(xiàn)上，環(huán)段21的延伸長(zhǎng)度a(r0)應(yīng)該在轉(zhuǎn)換時(shí)保持不變，即它應(yīng)該等于在轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的矩形圖象21′的寬度b。這相當(dāng)于其比例與半徑有關(guān)的投影成像，該比例與半徑有關(guān)地在平均值1左右波動(dòng)。投影比例β(r)＝r0/r特別適用于將一個(gè)圓環(huán)的環(huán)段轉(zhuǎn)換為矩形圖象。當(dāng)然，其它的基準(zhǔn)線(xiàn)也可以被用作由平均半徑r0限定的轉(zhuǎn)換中心線(xiàn)。不過(guò)，例如隨后還是以作為基準(zhǔn)點(diǎn)的環(huán)段21的平均半徑r0為出發(fā)點(diǎn)。
投影比例β(r)的與半徑有關(guān)的實(shí)際變化實(shí)際上很小。在r0＝20毫米的典型的道半徑(相當(dāng)于環(huán)段21距轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的平均距離r0)以及1毫米的道高度(相當(dāng)于環(huán)段21的徑向延伸長(zhǎng)度)的情況下，投影比例β(r)在0.975-1.025之間變化。
圖2b再次表示一個(gè)環(huán)段21，它本身在徑向r上從內(nèi)半徑r1延伸到外半徑r2并具有平均半徑r0，它在對(duì)應(yīng)圓環(huán)的圓周方向U上具有與半徑有關(guān)的可變的寬度。環(huán)段21的所有點(diǎn)可以由位置矢量r＝r(r，ψ)表示，即一個(gè)環(huán)段21的每個(gè)位置矢量r用半徑r和各點(diǎn)的角位置ψ來(lái)表示。ψ0表示這樣的角度，即環(huán)段21的徑向延伸的角平分線(xiàn)位于該角度上(就是說(shuō)，該環(huán)段21從該角平分線(xiàn)起在圓周方向U上以及順時(shí)針和逆時(shí)針地各自延伸了一段相同長(zhǎng)度δψ/2)，因此，每個(gè)位置矢量r表示如下r＝r(r，ψ)＝r(r，ψ-ψ0+ψ0)為了將一個(gè)由上述位置矢量r表示的環(huán)段21投影成一個(gè)寬度b恒定的矩形圖象21′，該環(huán)段21的所有分布在徑向上的點(diǎn)必須轉(zhuǎn)換到兩條具有恒定間距b的平行的基準(zhǔn)線(xiàn)中。圖2b示出了從環(huán)段21的一點(diǎn)r到該矩形圖象21′的一點(diǎn)r′的相應(yīng)轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換可以表示為r(r，ψ)＝r(r，ψ-ψ0+ψ0)→r′(r，ψ)＝r(r，(ψ-ψ0)*(r0/r)+ψ0)在這里，r和ψ表示該環(huán)段21或圖象21′各自一點(diǎn)r或r′的坐標(biāo)，ψ0表示徑向延伸的中心線(xiàn)的角位以及環(huán)段21和圖象21′的角位，即，在轉(zhuǎn)換時(shí)，角平分線(xiàn)保持不變，就象具有平均半徑值r＝r0的點(diǎn)r那樣。
這種轉(zhuǎn)換在保持半徑值r的情況下發(fā)生，就是說(shuō)沿切向進(jìn)行，因?yàn)樵诃h(huán)段21中的等于(ψ-ψ0)的角度在半徑值為r時(shí)被縮小或增大到圖象21′中的值(ψ-ψ0)*(r0/r)，這要看r＞r0，還是r＜r0。
如果(ψ-ψ0)＝δψ/2，則可以表示為r(r，δψ/2)＝r(r，±δψ/2+ψ0)→r′(r，δψ/2)＝r(r，(±δψ/2)*(r0/r)+ψ0)在所有圖中，矢量r、r′的矢量剖面因清楚起見(jiàn)而沒(méi)有一直畫(huà)到位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D上。但矢量起點(diǎn)在任何情況下都應(yīng)該是該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D。
就是說(shuō)，通過(guò)坐標(biāo)r、ψ來(lái)表示環(huán)段的每個(gè)位置矢量R，其中，r表示各點(diǎn)距位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的徑向距離，ψ表示在圓周方向上的角度。
結(jié)合圖2a、2b，首先說(shuō)明這樣的轉(zhuǎn)換，即代碼道20的每個(gè)環(huán)段21都要進(jìn)行這樣的轉(zhuǎn)換，以便由呈圓環(huán)形分布的代碼道20在光電探測(cè)器19(圖1)上投影出一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象?？墒牵鳝h(huán)段21轉(zhuǎn)換為矩形圖象21′的這種轉(zhuǎn)換總體上還不足以產(chǎn)生代碼道20的一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象。為此，還需要如此呈直線(xiàn)地前后排列這些矩形圖象21′，即它們不重疊地相接。以下將結(jié)合圖3a-3d加以說(shuō)明。
圖3a表示代碼道20的多個(gè)環(huán)段21，它們?cè)诖a道的圓周方向U上前后排列并分別具有如結(jié)合圖2a、2b所述的幾何形狀。圖3b再次表示圖3a的環(huán)段21，確切地說(shuō)是在具有寬度恒定的矩形網(wǎng)目的背景場(chǎng)H的前面，各環(huán)段21必須布置在該背景場(chǎng)中以便產(chǎn)生所需的矩形圖象21′。背景場(chǎng)H的各網(wǎng)目寬度是如此選擇的，即按照已結(jié)合圖2b描述的配置關(guān)系b＝a(r0)，它等于在道半徑r0的高度上的環(huán)段21的寬度b。
圖3c表示在背景場(chǎng)H前面的環(huán)段21的圖象21′，它們通過(guò)將各環(huán)段21轉(zhuǎn)換為矩形圖象21′而產(chǎn)生。如圖3c所示，根據(jù)圖2a、2b通過(guò)轉(zhuǎn)換而由各環(huán)段21產(chǎn)生的圖象21′不是呈直線(xiàn)前后布置的，而是相互成角度地布置的，它們沿軌跡半徑r0相交。相鄰的矩形圖象21′分別相對(duì)傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度δψ，這個(gè)角度等于在圓周方向U上的獨(dú)立環(huán)段21的分布角度，見(jiàn)圖2b。
該任務(wù)僅在于這樣傾轉(zhuǎn)矩形圖象21′，即它們隨后在背景場(chǎng)H中沿直線(xiàn)g前后排成一線(xiàn)，見(jiàn)圖3d。為此，其中一個(gè)矩形圖象21′被定義為未傾轉(zhuǎn)的中心矩形，所有其它的矩形圖象21′必須繞各自重心傾轉(zhuǎn)一個(gè)是傾轉(zhuǎn)角δψ多倍的值，從而它們平行于被定義為未傾轉(zhuǎn)的中心圖象地延伸。
在圖3a-3d中，作為兩個(gè)前后接續(xù)的獨(dú)立轉(zhuǎn)換步驟示出了由環(huán)段21產(chǎn)生矩形圖象21′并隨后傾轉(zhuǎn)圖象21′以產(chǎn)生沿直線(xiàn)g的直線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)。這樣的轉(zhuǎn)換隨后將詳細(xì)加以說(shuō)明。但是，也可以選擇從一個(gè)環(huán)形代碼道20轉(zhuǎn)換為一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象20′，其中，形成矩形圖象21′和直線(xiàn)排列圖象21′不是先后通過(guò)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換步驟產(chǎn)生的，確切地說(shuō)，它們直接相互依賴(lài)。這是由在選擇從環(huán)形代碼道20到直線(xiàn)延伸的圖象20′的投影成像時(shí)的選擇自由度造成的。
對(duì)由環(huán)形代碼道20產(chǎn)生縱長(zhǎng)的圖象20′的總圖象來(lái)說(shuō)，投影比例應(yīng)該是β(r)＝r0/r。因此，只利用這樣的投影比例就由代碼道20的各環(huán)段21產(chǎn)生了理想的矩形圖象21′。投影比例β(r)由配屬于代碼道的透鏡組的第一透鏡組或第二透鏡組3或4的投影比例β1(r)、β2(r)相乘構(gòu)成。顯然也有多種可能性，即通過(guò)兩個(gè)圖象的投影比例β1(r)和β2(r)的相乘關(guān)系獲得一個(gè)總圖象的投影比例β(r)＝r0/r。在結(jié)合圖3a-3d所述的實(shí)施例的意義上，以下，β2(r)＝-1，相應(yīng)地，β1(r)＝-r0/r。因此，根據(jù)圖3b、3c，已經(jīng)在第一次投影成像時(shí)借助為此而設(shè)的布置在一個(gè)平面30里的透鏡組3由環(huán)形代碼道20的每個(gè)環(huán)段21產(chǎn)生了一個(gè)矩形圖象21′。但隨后是結(jié)合圖3c所述的使圖象21′相對(duì)傾轉(zhuǎn)，對(duì)每個(gè)矩形圖象21′來(lái)說(shuō)，這種傾轉(zhuǎn)可以表現(xiàn)為是與中心基準(zhǔn)圖象21′有關(guān)的上述角度δψ的整數(shù)倍。此外，被定義為未傾轉(zhuǎn)圖象21′的n鄰位相對(duì)該未傾轉(zhuǎn)圖象分別有傾轉(zhuǎn)角n*δψ。
為了第二次投影成像，每個(gè)矩形圖象21′的傾轉(zhuǎn)角被修正為零值，第二透鏡組4的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)需要滿(mǎn)足規(guī)定條件，以下將結(jié)合圖4a、4b來(lái)詳細(xì)描述這些條件。
以下補(bǔ)充參照?qǐng)D4a、4b的實(shí)施例基于這樣的問(wèn)題，即配屬于代碼道20的透鏡裝置的這兩個(gè)透鏡組3、4的各透鏡必須如何構(gòu)成并且這些透鏡必須在各自平面30或40里如何組成一組，以便能如上所述地將一個(gè)環(huán)形分布的代碼道20投影為一個(gè)直線(xiàn)延伸的圖象20′。
如結(jié)合圖1所述，為了在光電探測(cè)器19上形成代碼道20的圖象而使用透鏡裝置3、4，所述透鏡裝置包括兩個(gè)布置在各自一個(gè)平面30或40里的透鏡組(微透鏡組)，它們最好垂直于光軸地取向并且不僅平行于代碼道20地延伸，也平行于光電探測(cè)器19的光敏表面延伸。平行布置位置測(cè)量裝置的這些組成部件簡(jiǎn)化了安裝。在這樣的布置結(jié)構(gòu)中，為了獲得所需的投影比例β(r)＝r0/r，必須借助已知的近軸投影方程來(lái)確定第一次、第二次投影成像或者第一透鏡組3和第二透鏡組4的焦距f1、f2的位置相關(guān)性，即f1＝f1(r)，f2＝f2(r)。只要如上所述地尤其借助第一次投影成像實(shí)現(xiàn)了與位置有關(guān)的投影比例，則尤其對(duì)第一次投影成像的焦距f1來(lái)說(shuō)，要考慮與半徑r的關(guān)系(即距轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的距離)。
最好只在刻度方向上，即在測(cè)量刻度的分布方向或確切地說(shuō)在圓周方向U上進(jìn)行測(cè)量體2結(jié)構(gòu)的投影成像。在徑向r上，取而代之以陰影投影。所用透鏡41類(lèi)似于圓柱透鏡，其投影軸線(xiàn)位于圓周方向U上，見(jiàn)在圖4a中的第二透鏡組4的局部視圖。透鏡41具有與半徑r相關(guān)的焦距f2并且在這里被稱(chēng)為改進(jìn)型圓柱透鏡。如圖4a所示，這些透鏡41分別成環(huán)段狀并且沿圓周方向U前后排列。代替基本成圓柱形的透鏡，例如也可以使用在俯視圖中看基本成矩形的橢圓形透鏡或徑向?qū)ΨQ(chēng)的透鏡。
透鏡41的投影成像方向在圖4a中由箭頭表示。成圓柱形突出到平面外的透鏡41的頂點(diǎn)垂線(xiàn)43的走向垂直于投影成像方向并且相交于一個(gè)共同的交點(diǎn)MS上，該交點(diǎn)位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D或位置測(cè)量裝置的中心軸線(xiàn)以外，見(jiàn)圖1。各透鏡41的徑向邊界線(xiàn)45也相交于一個(gè)共同的中心點(diǎn)ML，其中，該交點(diǎn)ML與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D對(duì)準(zhǔn)，見(jiàn)圖1。
透鏡裝置3、4的第一透鏡組3的透鏡在對(duì)應(yīng)平面30中是按照與第二透鏡組4的透鏡41相應(yīng)的方式形成和布置的。就是說(shuō)，它們也可以是改進(jìn)型圓柱透鏡，這些透鏡分別成環(huán)段狀并且沿圓周方向U并排而設(shè)。主要的區(qū)別在于，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在第一透鏡組3中，頂點(diǎn)垂線(xiàn)以及透鏡邊界線(xiàn)相交于同一個(gè)點(diǎn)上，即MS＝ML，見(jiàn)圖1。
要注意，在確定焦距f1(r)和f2(r)時(shí)，始終使用距位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的距離r，這種計(jì)算沿各軸線(xiàn)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)進(jìn)行。通過(guò)上述的用于這兩個(gè)透鏡組3、4的改進(jìn)型圓柱透鏡的構(gòu)造方式，其中焦距f1(r)和f2(r)必須導(dǎo)致所需的投影比例β1(r)和β2(r)，而保證了，這兩個(gè)透鏡組3、4中的每對(duì)單透鏡產(chǎn)生呈圓環(huán)形分布的該代碼道20的一環(huán)段21的對(duì)應(yīng)的經(jīng)過(guò)校正的分圖象，其中每對(duì)透鏡分別包括第一透鏡組3的一個(gè)透鏡和第二透鏡組4的一個(gè)沿光軸位于其后的透鏡。不過(guò)，這些分圖象(該環(huán)段21的矩形圖象21′)必須根據(jù)圖3c、3d如此相對(duì)定位和取向，即產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的沿直線(xiàn)延伸的并經(jīng)過(guò)校正的總圖象20′。為此，必須遵守以后要結(jié)合圖1和圖4b說(shuō)明的其它結(jié)構(gòu)措施。
由代碼道20起射到第一透鏡組3的透鏡31a、31b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)33a、33b上的光線(xiàn)在圓周方向U上不偏轉(zhuǎn)。直線(xiàn)布置圖象所需的在圓周方向上的偏轉(zhuǎn)必須通過(guò)在圓周方向上使第二透鏡組4的相應(yīng)透鏡41a、41b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)43a、43b錯(cuò)開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種偏轉(zhuǎn)由在每個(gè)徑向位置r上的放大比例β(r)來(lái)定。
此外，在圖4b中示出了透鏡裝置3、4的兩個(gè)單元31a、41a和31b、41b，其中，每個(gè)單元31a、41a或31b、41b包括第一透鏡組3的第一透鏡31a或31b和第二透鏡組4的一個(gè)沿光軸位于其后的第二透鏡41a或41b。在圖4b中，還為每個(gè)單元31a、41a示出了一個(gè)目標(biāo)0(代表待投影代碼道20的一部分)，它通過(guò)中間圖象(在各單元的兩個(gè)透鏡31a、41a或31b、41b之間)被投影為圖象0′。
如圖3c所示，在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)按照投影比例β(r)＝r0/r的第一次投影成像而產(chǎn)生的圖象21′(總圖象的中間圖象)對(duì)于距位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D的徑向距離r＜r0來(lái)說(shuō)相互疊加，而對(duì)于r＞r0的徑向距離來(lái)說(shuō)，這些圖象21′相互間隔開(kāi)。與此相應(yīng)地，中間圖象在低于中央切線(xiàn)r0的區(qū)域里(即對(duì)于r＜r0來(lái)說(shuō))相對(duì)未傾轉(zhuǎn)的中心基準(zhǔn)透鏡向下錯(cuò)移，以便獲得無(wú)疊加的成行排列。相反，在高于中央切線(xiàn)r0時(shí)，即對(duì)于r＞r0來(lái)說(shuō)，矩形中間圖象21′的相應(yīng)區(qū)域(見(jiàn)圖3c)必須向著中央基準(zhǔn)圖象向內(nèi)錯(cuò)位。這意味著，沿光軸看，第二透鏡組的透鏡41a、41b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)43a、43b對(duì)r＜r0來(lái)說(shuō)必須與各自所屬的透鏡31a、31b的對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)33a、33b相關(guān)地在圓周方向上向內(nèi)錯(cuò)位。這是如此做到的，即第二透鏡組4的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)相交于一個(gè)交點(diǎn)MS上，該交點(diǎn)在徑向上與第一透鏡組3的透鏡的對(duì)應(yīng)交點(diǎn)MS間隔開(kāi)。在這里，第一透鏡組3的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)MS與該位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D和透鏡邊界線(xiàn)的交點(diǎn)ML對(duì)準(zhǔn)，見(jiàn)圖1。相反，第二透鏡組4的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)MS位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)之外，確切地說(shuō)，從透鏡組4的對(duì)應(yīng)透鏡看過(guò)去，它在徑向上位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D之后。這樣一來(lái)就實(shí)現(xiàn)了，沿光軸看，一個(gè)單元的透鏡31a、40a或31b、41b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)33a、43a或33b、43b各自在一個(gè)點(diǎn)上與半徑r0交叉，這要根據(jù)第二透鏡組4的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)相對(duì)第一透鏡組的透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)在圓周方向上向外錯(cuò)移或向內(nèi)錯(cuò)位的以上預(yù)定條件，即視r(shí)＜r0或r＞r0。
結(jié)合圖4b的、在預(yù)定半徑r下的透鏡裝置3、4的兩個(gè)單元31的截面圖，可以看到各單元的第二透鏡41a、41b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)43a、43b相對(duì)各單元的第一透鏡31a、31b的頂點(diǎn)垂線(xiàn)33a、33b的錯(cuò)移量δSn或者δSn-1。對(duì)于預(yù)定半徑r來(lái)說(shuō)，這種錯(cuò)移量各自取決于相應(yīng)單元與那個(gè)用于形成作為基準(zhǔn)部的未傾轉(zhuǎn)的中間圖象(根據(jù)圖3c的中央的中間圖象21′)的單元的距離。由此得到一個(gè)物體0的圖象0′的垂直于光軸的且相對(duì)于各自要投影的物體0的錯(cuò)移量δSn或者δSn-1。通過(guò)在圖3c中示出的中間圖象21′的與半徑有關(guān)地向內(nèi)錯(cuò)移(對(duì)于大半徑來(lái)說(shuō))或向外錯(cuò)移(對(duì)于小半徑來(lái)說(shuō))，人們最終獲得了矩形圖象21′的沿直線(xiàn)g的直線(xiàn)排列，參照?qǐng)D3d。
結(jié)果，從被定義為基準(zhǔn)件的中央的未傾轉(zhuǎn)的矩形中間圖象21′借其投影成像(見(jiàn)圖3c)的那個(gè)單元算起，對(duì)于透鏡組3、4的第n個(gè)單元來(lái)說(shuō)，第二透鏡41a的頂點(diǎn)垂線(xiàn)43a準(zhǔn)確地沿n*δψ的角平分線(xiàn)經(jīng)過(guò)r＝r0時(shí)的中央切線(xiàn)同線(xiàn)ψ＝n*δψ相交的交點(diǎn)。這是用于第二次投影成像的投影比例β2(r)＝-1的直接后果。
如果第二投影比例β2(r)＝c基于一個(gè)c≠1的值，則各第二透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)必須沿一條線(xiàn)延伸，該線(xiàn)的傾轉(zhuǎn)角按比例c∶1地等于0-n*δψ。如果投影比例β2(r)不應(yīng)該是恒定的(與半徑無(wú)關(guān))，則第二透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)不再是直線(xiàn)，而是曲線(xiàn)延伸。
透鏡組織的其它結(jié)構(gòu)規(guī)定涉及透鏡邊界線(xiàn)，見(jiàn)在圖4a中的用于第二透鏡組4的透鏡41的透鏡邊界線(xiàn)45。為了在光電探測(cè)器19上投影出代碼道20的規(guī)定圖象，必須防止在透鏡裝置的相鄰單元之間的交叉調(diào)制(見(jiàn)圖4b)。這就是說(shuō)，先經(jīng)過(guò)一個(gè)單元31a、41a的第一透鏡31a的光線(xiàn)隨后應(yīng)到達(dá)該單元的第二透鏡41a，但不應(yīng)到達(dá)一個(gè)相鄰單元31b、41b的第二透鏡41b。第二透鏡組的透鏡41的透鏡邊界線(xiàn)45相對(duì)第一透鏡組的透鏡的移動(dòng)(見(jiàn)圖4a，這相當(dāng)于上述的透鏡頂點(diǎn)垂線(xiàn)移動(dòng))將進(jìn)一步加強(qiáng)交叉調(diào)制。因此，這兩個(gè)透鏡組的透鏡邊界線(xiàn)應(yīng)該相互一致，就是說(shuō)，沿光軸看上下重疊，尤其是不交叉。這意味著，第一透鏡組3和第二透鏡組4的的透鏡邊界線(xiàn)的交點(diǎn)ML在徑向上位于同一高度上。在這里，兩個(gè)中心點(diǎn)ML在位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D上。就是說(shuō)，沿徑向，只有透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)MS而沒(méi)有透鏡邊界線(xiàn)的交點(diǎn)ML相對(duì)錯(cuò)開(kāi)。這意味著，與其外邊界線(xiàn)有關(guān)地，當(dāng)沿光軸看時(shí)，即在垂直于這兩個(gè)透鏡組3、4的延伸平面3、4的方向上，這些透鏡是對(duì)準(zhǔn)的。差別僅在于第一透鏡組和第二透鏡組3、4的透鏡離開(kāi)各自平面30、40的曲率，進(jìn)而在于透鏡的相應(yīng)頂點(diǎn)垂線(xiàn)的走向。
為了減少交叉調(diào)制，根據(jù)圖5，還設(shè)有一個(gè)光闌結(jié)構(gòu)5，它包括一些光闌件51，它們分別布置在第二透鏡組4的相鄰的單透鏡41之間，就是說(shuō)蓋住徑向延伸的透鏡邊界線(xiàn)。
為避免在側(cè)透鏡邊界線(xiàn)區(qū)域中的亮度減弱(暈映圖象)，如結(jié)合圖6為第一透鏡組的透鏡31、32舉例示出的那樣，待投影的代碼道20可配有透鏡組3、4，所述透鏡組各自有多個(gè)在徑向上并排布置的環(huán)形微透鏡組。它們各自相對(duì)錯(cuò)開(kāi)半個(gè)方位角的透鏡寬度，結(jié)果，各透鏡的31、32等的透鏡中心點(diǎn)(重心)沿多條(在這里是兩條)同心的環(huán)線(xiàn)布置。
上述的透鏡組結(jié)構(gòu)不僅能用反射透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，也能用衍射透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，例如借助沖壓技術(shù)來(lái)獲得帶有頂點(diǎn)高度低的反射透鏡的多級(jí)衍射結(jié)構(gòu)的組合體。塑料基板最好用作透鏡組的支座。
以上結(jié)合按透射法工作的位置測(cè)量裝置說(shuō)明的措施同樣也可用在按反射法工作的位置測(cè)量裝置中。在這樣的位置測(cè)量裝置里，如圖7所示，來(lái)自光源11的并借助聚光透鏡13被平行化的光線(xiàn)被測(cè)量體2的相應(yīng)代碼道20反射并隨后借助一個(gè)由兩個(gè)透鏡組3、4構(gòu)成的透鏡裝置投影到光電探測(cè)器19上，在這里，這兩個(gè)透鏡組3、4布置在兩個(gè)相互平行的平面30、40中的各自一個(gè)平面里。
在這里，測(cè)量體2的照射最好沿軸向進(jìn)行，因此，在該方向上也通過(guò)平行投影進(jìn)行相應(yīng)的代碼道20的成像。另外，上述照明方向允許比較自由地選擇要照亮或要投影的面。第一次投影成像的大目標(biāo)距離加強(qiáng)了這一優(yōu)點(diǎn)。
為了獲得盡可能緊湊的布置結(jié)構(gòu)，選擇小照明角，這樣，這種布置結(jié)構(gòu)的幾何形狀接近于詳細(xì)說(shuō)明的透射狀況。但是，沿光軸前后布置的相應(yīng)半徑r，r”等(相對(duì)角度測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn))有一定的相對(duì)錯(cuò)位，這是因?yàn)楣廨S走向不平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)，而是按照平行光線(xiàn)的照射角相對(duì)其傾斜，該平行光線(xiàn)不是垂直地而是以非垂直的照射角照到測(cè)量體2上。
對(duì)直線(xiàn)分布的測(cè)量刻度成像于直線(xiàn)延伸的光電探測(cè)器上的線(xiàn)性測(cè)量系統(tǒng)(長(zhǎng)度測(cè)量裝置)的研究表明，當(dāng)這兩個(gè)透鏡組3、4平行于測(cè)量體2和光電探測(cè)器19的光敏表面延伸時(shí)，獲得了最佳的成像光學(xué)，其出發(fā)點(diǎn)是，這按照相應(yīng)的方式適用于這樣的場(chǎng)合，即象在本文中一樣，一個(gè)環(huán)形分布的測(cè)量刻度成像于一個(gè)直線(xiàn)延伸的光電探測(cè)器19上。
因此，以上結(jié)合圖1-圖6對(duì)透射法描述的措施通過(guò)相應(yīng)方式也能用在圖7的按反射法工作的配置結(jié)構(gòu)中，尤其是頂點(diǎn)垂線(xiàn)走向、徑向延伸的透鏡側(cè)邊界線(xiàn)方面，其中，沿光軸前后布置的點(diǎn)各自分配有相同的半徑r，盡管光軸走向不平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)D。就是說(shuō)，這些點(diǎn)的徑向坐標(biāo)r不再涉及距位置測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的距離，而是涉及同人定義的中央軸線(xiàn)的距離，該中央軸線(xiàn)的走向平行于光軸，因此，沿該光軸前后布置的點(diǎn)具有同樣的徑向坐標(biāo)。
如結(jié)合透射法所描述地，在這里，關(guān)于透鏡的幾何形狀也規(guī)定了頂點(diǎn)垂線(xiàn)和透鏡邊界線(xiàn)，而在給定了邊界條件且尤其是關(guān)于與半徑有關(guān)的投影比例的邊界條件的情況下，透鏡曲率借助一個(gè)優(yōu)化程序(計(jì)算機(jī)程序)來(lái)確定。
根據(jù)圖8，還可以將上述措施用于將呈環(huán)形分布的并具有較大曲率半徑r1的環(huán)段61或者較小曲率半徑r2的環(huán)段71的測(cè)量刻度轉(zhuǎn)換為成矩形延伸的圖象，其環(huán)段81具有不同于待成像測(cè)量刻度的曲率半徑rA。在測(cè)量刻度具有很大曲率半徑的情況下，這允許縮小曲率半徑，而在測(cè)量刻度具有很小曲率半徑的情況下，例如能夠獲得曲率半徑的擴(kuò)大。為此，這兩個(gè)由兩個(gè)透鏡組3、4限定出的分圖象的投影比例是這樣選擇的，即由測(cè)量刻度的這些環(huán)段沒(méi)有產(chǎn)生有恒定寬度的矩形段，而是產(chǎn)生具有不同曲率的其它環(huán)形段。
最后，與上述措施相反，也可以這樣轉(zhuǎn)換直線(xiàn)分布的測(cè)量刻度，即在光電探測(cè)器上產(chǎn)生一個(gè)呈環(huán)形延伸的圖象。為此，也要相應(yīng)地選擇這兩個(gè)分圖象的投影比例。
權(quán)利要求
1.一種位置測(cè)量裝置，它包括-測(cè)量體，該測(cè)量體具有至少一個(gè)沿直線(xiàn)或曲線(xiàn)分布的測(cè)量刻度，-借助光源來(lái)掃描該測(cè)量刻度的掃描機(jī)構(gòu)，-該掃描機(jī)構(gòu)的接收單元，可借助該接收單元接收由光源發(fā)出的并因該測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)以便進(jìn)行分析，-安置在該測(cè)量體和該接收單元之間的并由光學(xué)透鏡構(gòu)成的透鏡裝置，該透鏡裝置用于在該接收單元上產(chǎn)生該測(cè)量刻度的規(guī)定圖象，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)被構(gòu)造成用于產(chǎn)生該測(cè)量刻度(20)的圖象(20′)，該圖象沿一條線(xiàn)(G)延伸并且其曲率不同于那條該測(cè)量刻度(20)沿其分布的線(xiàn)(R)的曲率。
2.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量刻度(20)沿一個(gè)環(huán)的至少一部分且尤其是沿一個(gè)圓環(huán)分布。
3.如權(quán)利要求2所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量刻度(20)的所述圖象(20′)沿一條直線(xiàn)或者沿一個(gè)環(huán)的至少一部分且尤其是沿一個(gè)圓環(huán)延伸，該圓環(huán)的曲率不同于該測(cè)量刻度(20)的曲率。
4.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量刻度(20)由一些呈環(huán)形先后布置的環(huán)段(21)構(gòu)成，這些環(huán)段分別沿徑向延伸一定長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些環(huán)段(21)的寬度即其在圓周方向上的延伸長(zhǎng)度在徑向上是變化的，尤其是沿徑向向外增大。
6.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些環(huán)段(21)的通過(guò)該透鏡裝置(3，4)形成在該接收單元(19)上的圖象(21′)各自具有恒定的寬度(b)，即在該圖象(20′)的延伸方向上具有恒定的延伸長(zhǎng)度。
7.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些環(huán)段的通過(guò)該透鏡裝置(3，4)形成在該接收單元(19)上的圖象各自成圓弧段形，其被定義為在圓周方向上的延伸長(zhǎng)度的寬度沿徑向變化，尤其是沿徑向向外增大。
8.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)的投影比例(β)與一條軸線(xiàn)且尤其是沿一個(gè)環(huán)分布的該測(cè)量刻度(20)的中心軸線(xiàn)(D)或該透鏡裝置的中心軸線(xiàn)(ML-ML)有關(guān)地沿徑向變化。
9.如權(quán)利要求8所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該投影比例(β)從一個(gè)大于1的值沿徑向向外減小到一個(gè)小于1的值。
10.如權(quán)利要求8或9所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)的這些透鏡(31，41)的焦距(f)與該測(cè)量刻度(20)的中心軸線(xiàn)(D)相關(guān)地沿徑向變化。
11.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)具有多個(gè)布置在一個(gè)平面(30，40)里的透鏡(31，41)，這個(gè)平面是如此構(gòu)成的，即通過(guò)該測(cè)量刻度(20)而改變的光線(xiàn)(L)與該平面(30，40)相交。
12.如權(quán)利要求11所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)具有兩組透鏡(3；4)，每一組分別配屬于兩個(gè)相互平行地延伸的平面(30，40)中的一個(gè)平面。
13.如權(quán)利要求11所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這兩組(33，4)透鏡分別成對(duì)地組成一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)，并且一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)的透鏡被安置成分別垂直于這兩個(gè)平面(30，40)，其中，光線(xiàn)(L)的至少一部分經(jīng)過(guò)一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)的第一透鏡(31a，31b)并隨后到達(dá)該單元(31a，41a；31b，41b)的第二透鏡(41a，41b)。
14.如權(quán)利要求11所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該透鏡裝置(3，4)配有一個(gè)光闌結(jié)構(gòu)(5)。
15.如權(quán)利要求14所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該光闌結(jié)構(gòu)(5)布置在光線(xiàn)(L)最后經(jīng)過(guò)的那個(gè)透鏡組(4)的平面(40)里。
16.如權(quán)利要求14所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該光闌結(jié)構(gòu)布置在這兩個(gè)透鏡組(3，4)之間。
17.如權(quán)利要求14所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些光線(xiàn)如此借助該光闌結(jié)構(gòu)而經(jīng)過(guò)，即經(jīng)過(guò)一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)的第一透鏡(31a，31b)的光線(xiàn)不到達(dá)另一單元(31b，41b；31a，41a)的第二透鏡(41a，41b)。
18.如權(quán)利要求12所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這兩個(gè)透鏡組(3，4)彼此平行地取向。
19.如權(quán)利要求12所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這兩個(gè)透鏡組(3，4)的這些透鏡的透鏡中心點(diǎn)布置在一個(gè)由許多行構(gòu)成的兩維場(chǎng)中。
20.如權(quán)利要求12所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這兩個(gè)透鏡組(3，4)的這些透鏡的透鏡中心點(diǎn)分別沿多個(gè)具有不同半徑的同心環(huán)線(xiàn)設(shè)置。
21.如權(quán)利要求19所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，該兩維場(chǎng)的這些行的走向基本上平行于該測(cè)量刻度的分布方向，這些不同的行在該測(cè)量刻度的分布方向上相互交錯(cuò)。
22.如權(quán)利要求12所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些透鏡(31，41)分別垂直于各自透鏡組(3，4)的分布平面(30，40)地隆起，這些透鏡(31，41)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)(43)沿徑向延伸。
23.如權(quán)利要求22所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這些頂點(diǎn)垂線(xiàn)(43)相交于一個(gè)點(diǎn)(Ms)。
24.如權(quán)利要求23所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，這兩個(gè)透鏡組(3，4)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)的交點(diǎn)(Ms)在徑向上相互間隔開(kāi)。
25.如權(quán)利要求24所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，在該透鏡裝置(3，4)的一個(gè)單元中，當(dāng)沿光軸看時(shí)，這個(gè)單元的兩個(gè)透鏡的頂點(diǎn)垂線(xiàn)完全對(duì)準(zhǔn)的前后布置，在該透鏡裝置(3，4)的另一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)中，另外兩個(gè)透鏡(31a，41a；31b，41b)的頂點(diǎn)垂線(xiàn)(33a，43a；33b，43b)垂直于該光軸地相互交錯(cuò)。
26.如權(quán)利要求13所述的位置測(cè)量裝置，其特征在于，當(dāng)沿光軸看時(shí)，在圓周方向(U)上界定出這些透鏡(31，41)的側(cè)邊界線(xiàn)(45)對(duì)于一個(gè)單元(31a，41a；31b，41b)的兩個(gè)透鏡(31a，41a；31b，41b)來(lái)說(shuō)是對(duì)準(zhǔn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種位置測(cè)量裝置，它包括測(cè)量體，該測(cè)量體具有至少一個(gè)沿直線(xiàn)或曲線(xiàn)分布的測(cè)量刻度；借助光源來(lái)掃描該測(cè)量刻度的掃描機(jī)構(gòu)；該掃描機(jī)構(gòu)的接收單元，可借助該接收單元接收由光源發(fā)出的并因該測(cè)量刻度而改變的光線(xiàn)以便進(jìn)行分析；安置在該測(cè)量體和該接收單元之間的并由光學(xué)透鏡構(gòu)成的透鏡裝置，該透鏡裝置用于在該接收單元上產(chǎn)生該測(cè)量刻度的規(guī)定圖象。本發(fā)明規(guī)定，該透鏡裝置被構(gòu)造成用于產(chǎn)生該測(cè)量刻度(20)的圖象(20′)，該圖象沿一條線(xiàn)(G)延伸并且其曲率不同于那條測(cè)量刻度(20)沿其分布的線(xiàn)(R)的曲率。
文檔編號(hào)G01D5/26GK1550764SQ20041004474
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
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