专利名称：光学的位置测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的光学的位置测量装置。
光学的位置测量装置包含有一个扫描单元和一个相对于扫描单元在测量方向上可移动的标尺，在该标尺上布置有一个或多个刻线光栅，它具有一种周期性的光栅结构，用来对标尺和扫描单元之间的相对运动进行增量的或者绝对的测量。扫描单元包括一个发射侧部分，它有一个布置在一个印制线路板上的光源、最好是一个光发射二极管和一个配属于光源的准直仪光学机构。在扫描单元的接收侧部分里、在印制电路板上设置了一个具有不同的激活的辐射敏感的探测器部位的光电探测器或光传感器。
上面所列类型的一种光学的位置测量装置的精密度、测量质量、对污染的不敏感性和标尺的机械变化、结构尺寸以及制造成本等在很大程度上取决于在扫描单元里所应用的透镜光学机构的类型和品质，这种光学机构在辐射敏感的周期性探测器部位上产生标尺光栅的投影。在这里首先是扫描单元的结构尺寸决定了光学的位置测量装置的大小。制造成本在很大程度上取决于光电探测器的成本，如果该探测器可以用于不同的测量方法，那么其制造成本就可以经济有利。
作为用于光学位置测量的测量方法，一方面使用了所谓“透射光测量法”-其中光源、透镜光学机构和扫描板放置于标尺的一个侧面上，而光电探测器则置于标尺的另一个侧面上-另一方面则使用所谓“反射光-测量方法”-其中光源、透镜光学机构、扫描板和光电探测器都布置在标尺的一个侧面上。如果制备适用于两种测量方法的光电探测器，那么就可以制造多的件数并因此降低制造成本。但这要求专门作用在该扫描光路里，因为不同于在透射光测量法时，在透射光测量法时光电探测器可以紧挨着标尺旁用于获取周期性的光栅结构，在反射光测量方法时该光电探测器进一步与标尺隔离开，因此为了在周期性的辐射敏感的探测部位上产生标尺光栅的一个清晰投影就需要一个专门的投影光学机构，以便使周期性标尺光栅以一种规定的投影比例投影在所述光电探测器上。
所需要的投影光学机构例如可以通过一个单个的透镜来实现，这种透镜然而由于所需要的大的像场而作成相应大小，而且并不考虑用一种尽可能紧凑的扫描单元。
由GB 2 056 660已知一种在一个光学的位置测量装置的扫描单元里的投影光学机构，它按照一种透镜组列的形式来设计。光学扫描单元包括一个布置在一个第一腔室里的光发射二极管，由该二极管通过一个聚光透镜向标尺发出光线，并从该标尺通过所述同样也设计成聚光透镜的透镜光学机构反射到一个布置在一个第二、相邻于第一腔室的腔室里所设置的光传感器上。原则上可以借助于一个设计成透镜组列的投影光学机构设计一个结构紧凑的整个系统。
然而GB 2056 660并没有说明这样一个透镜组列如何具体设计成在一个光学的位置测量装置的扫描光路里的投影光学机构，尤其是当预先规定了某一个投影比例时，用此标尺例如可以将一个周期的标尺光栅投影到一个周期的探测系统上。
本发明的任务是提出一种尽可能可以用于设计一种结构紧凑的透镜组列的通用规程，这种透镜组列在一个光学的位置测量装置的扫描光路里使一个周期性光栅以预定的投影比例投影在一个投影平面上。
该任务按照本发明通过权利要求1的特征来解决。
按照本发明的解决办法提供了用于设计一种结构结凑的透镜组列的可以通用的规程，这种透镜组列在一个光学的位置测量装置的扫描光路里使一个周期性光栅以预定投影比例投影到一个投影平面上。
按照本发明的解决方案依据的知识是，透镜组列和尤其是相同的透镜线性地、周期地布置在某一个光栅里的优点在于与单个透镜相比，在光学投影时在同时有大的发光面积时其焦距较小，而且结构高度较小。
虽然由GB 2 056 660A已知的透镜光学机构在布置有多个光发射二极管和具有附属的聚光透镜的光敏传感器时可以看作为透镜组列，然而由于没有将透镜光学机构从几何关系上配合于标尺光栅结构的周期性和配合于投影比例，因而不能从这样一种透镜组列获知如何应该在该投影平面上或者在一个光电探测器上对该标尺光栅进行一种用于精密测量所必需的高精度投影。
当借助于透镜组列投影栅格结构时产生如下问题每个透镜或者微透镜都产生一个局部的投影，因此在投影边界处在过渡至相邻的透镜时就可能在光栅结构的投影之间产生相移。因此考虑到必需的投影比例必须求出透镜组列的一个按所要投影的光栅的光栅周期进行优化的周期，以保证使光栅的投影又产生一个连续的光栅，也就是说确保了由所述一个透镜所投影的光栅的光栅连片和空隙(Luecke)与相邻光栅的连片和空隙的一种相同相位的重叠或者说符合一致。
如果这样一种同相位重叠通过在确定相邻透镜之间的优化距离时的一种相应的规律性、以及因此在考虑预先规定的几何边界条件时透镜布置的最佳的周期来确保的话，那么也就保证了所述对在投影平面里投影的(未受干扰的)光栅进行扫描的光电探测器或者一个后面的光学系统产生了精确的位置信号或者运动信号。
与之相应地按照本发明的方案包括了一种由一个周期性透镜组列构成的透镜光学机构，并且还说明了相邻透镜的最佳的相互间距或者说周期性透镜组列的最佳栅格周期。
用于确定透镜组列周期AG(r)大小的公式一般为如下既适合于线性的也适于径向的位置测量装置的形式AG(r)=|β(r)|*[t(r)*[k+i+n]+ψ](|β(r)|+1)]]>其中AG(r)透镜组列的栅格周期，t(r)周期性光栅结构的周期，|β(r)|透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，Ψ一个可预先规定的、限定的相移，r光栅系统的半径，其中在线性光栅的情况下r＝∞而且AG、t和|β|恒定，i，k，n∈N，也就是说自然数，包括零。
相邻透镜的相互间距AG(r)的这个公式也考虑了在相邻透镜的所产生的投影中产生规定的相移ψ的可能性，因而该公式在考虑了预先给定的几何边界条件情况下表示出了确定一种周期性线性或径向的透镜组列的栅格周期AG(r)的一般情况。
通过一种在透镜组列的相互相邻的透镜的投影范围里的有目的地可以调节的相移ψ就可以确定这些例如由布置在投影平面里的光电探测器所产生的信号的相位。因而还可以产生电偏置90°的信号，用于对位置测量进行分析处理。
另外可以通过在透镜组列的相邻透镜的投影重叠部位里的一种相移ψ来调节亮区和暗区的宽度之间的一种有目的的比例关系，因而由亮区和暗区的宽度所得出的一个光电探测器的信号的谐波成分就可以有目的地受到干预影响。
由于借助于已结构化的扫描板常调节各自配置的探测器的所记录的扫描信号之间的相位关系，因而在一种这样设计的透镜组列中在一个光学的位置测量装置的扫描光路中甚至可以放弃一种已结构化的扫描板。
在一种线性的位置测量装置中上述的透镜组列的周期AG计算公式变成AG=|β|*[t*[k+i+n]+ψ](|β|+1)]]>其中AG透镜组列的栅格周期，t周期性光栅结构的周期，|β|透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，ψ一个可预先规定的、限定的相移，i，k，n∈N，也就是自然数，包括零。
所述相移最好是在投影平面上投影的周期性光栅结构的周期的一个分数或一个倍数。
如果在相邻透镜的投影之间没有产生相移时对一个周期性光栅结构进行投影，那么栅格周期由如下公式求得AG(r)=|β(r)|*t(r)*[k+i+n](|β(r)|+1)]]>
其中AG(r)透镜组列的栅格周期，t(r)周期性光栅结构的周期，|β(r)|透镜组例(80)的投影比例β的绝对值，r光栅系统的半径，其中对于线性光栅r＝∞，而AG，t和|β|为恒定的，i，k，n∈N，也就是自然数，包括零。
用于设计一种透镜组到的这种公式也可以既用在线性的也用在径向的位置测量装置里。对于在相邻透镜的投影之间没有产生相移时的周期性光栅结构的投影来说一种线性的位置测量装置的栅格周期为AG=|β|*t*[k+i+n](|β|+1)]]>其中AG透镜组列的栅格周期，t标尺光栅(10)的周期，|β|透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，i，k，n∈N，也就是自然数，包括零。
为了在确定相邻透镜或微透镜之间的最佳间距时考虑物理方面和/或技术方面的边界条件-如一个数值口径以及工艺限制，那么透镜组列的透镜宽度可以由下式确定BL(r)=|β(r)|*t(r)*m(|β(r)|+1)]]>其中BL(r)透镜宽度，t(r)周期性光栅结构的周期，|β(r)|透镜组列(8)的投影比例β的绝对值，r光栅系统的半径，对于r＝∞表示一个线性光栅，对于BL，β和t来说为恒定值，m∈N。
该公式得出了在确定一个线性的或径向的透镜组列的投影栅格的最佳周期性时的一个最小透镜宽度。
为了在考虑到物理方面的和/或技术方面的边界条件以及工艺技术方面的限制的情况下、确定一个线性的位置测量装置的相邻透镜或微透镜之间的最佳间距，由以下公式来确定透镜宽度BL=|β|*t*m(|β|+1)]]>按照本发明的解决方案既可用于对一个周期性标尺光栅的直接投影，也可用在一种光学的位置测量系统的扫描光路里，其中例如在一个中间生成平面里通过多个以前经过的光栅刻线的交替作用产生了一种“可视的”条纹图样，而且需要使这样一种可视的条纹图样以一个投影比例在一个投影平面里产生一个投影。
在具有投影的光栅结构的一个最佳周期的透镜组列的投影平面里也可以有选择地设置一种光电探测器，或者该投影平面可以配属于接着的一个光学系统。
周期性透镜组列的栅格周期按照本发明的公式来确定，这种透镜组列的应用就创造了应用同样种类的或者说构造相同的探测器系统或者接着的用于光学的位置测量装置的光学系统的先决条件，这里所述位置测量装置按照反射光测量方法或者按照透射光测量方法来工作，并因此使对应的光学测装置的制造成本有利。因此也可以使得按照本发明设计的线性的和周期性的透镜组件使用在按照反射光测量方法的一种光电扫描的光学的位置测量装置里，并使投影平面和光源都布置在一个共同的线路板上。
为了在扫描光路的一个中间形成平面里产生这样一个“可视的”条纹图样、例如一种所谓标尺条纹图样，可以在扫描光路里在扫描单元的侧面上布置一个具有一种光栅结构的扫描板，这种光栅结构的光栅常数与标尺光栅的光栅常数略有不同，因此就以自身已知的方式由于这两个光栅结构的交替作用而在一个中间形成平面上产生可视的条纹图样，该条纹图样又通过透镜光学机构被投影。
按照本发明的解决方案的一种有利的改进方案的特征在于，线路板与标尺平面或标尺光栅平面如此成角度地布置，使得由光源出发的光线就在一个垂直于标尺布置的反射面上反射，通过一个聚光透镜射到该标尺光栅上，在那里反射并通过扫描板以及借助于所述基本平行于线路板布置的透镜组列使标尺光栅以投影比例对投影平面进行投影。
按照在附图中所示的实施例应该详细说明以本发明为基础的构思。附图示出
图1一个按照反射光测量法工作的光学的位置测量装置的一个标尺和一个扫描单元的简图；图2用于产生一种周期性光栅结构的投影的一种线性的周期性透镜组列的两个相邻透镜的简图；图3用一种具有按照本发明的公式所确定的周期的线性透镜组列对一种周期性的光栅结构进行投影的一个简图；图4用一种不具有与按本发明的公式相应的周期的线性透镜组列对一种周期性光栅结构投影的一个简图；图5用一种径向的透镜组列对一种径向周期性的光栅结构投影的一个简图。
图1概略表示了作为一种按照反射光测量法工作的光学的位置测量装置的零部件的一个具有一个横向于扫描方向延伸的标尺光栅10的标尺1以及一个相对于标尺1可以运动的扫描单元2。标尺光栅10由一种线性的、周期性的刻线光栅制成，它在按图1所示的实施例中表示为一个线性位置测量系统的增量轨迹。另一种可选的方案可以使该布置在标尺1上的刻线光栅由一个增量的刻线光栅和一个刻线光栅组成，该光栅具有一个预先规定的分度周期(Teilungsperiode)并提供绝对的位置数值。
扫描单元2包括一个线路板3，该线路板布置在一个扫描外壳里，与标尺1的平面成一个预定的角度。在线路板3上布置了一个光发射二极管形式的光源4，以及与光源4相隔开地布置一个光电探测器9，该探测器交替地具有光敏区和光线不敏感的空隙，它们的指向匹配于标尺光栅10的指向。光电探测器9例如可以对应于由DE 100 22 619A1已知的结构化的光电子的光探测器来构成。
扫描单元2的外壳的对着光源4的侧壁镜面化地形成反射面5，并将来自光源4的光通过一个聚光透镜6和一个平行于标尺1布置的、构成扫描外壳的底面的玻璃板7反射到标尺光栅10上。
玻璃板7可以是一个具有一种光栅结构的扫描光栅，它与标尺光栅的光栅常数略有偏差，因此由于这两种光栅结构的交替作用在一个中间形成平面里产生了一个可视的条纹图样、例如一种所谓标尺条纹图样，这种图样又通过透镜光学机构而投影。
光线从标尺光栅10到达一个透镜光学机构8上，这个机构按照本发明由一个线性的周期性的透镜组列80组成。该透镜组列用一种预定的投影比例β使标尺光栅10投影在线路板3的投影平面9上，在该平面上在所述实施例中布置了一个光电探测器90，而且在扫描单元2和标尺1之间相对运动时该线路板将明-暗调制转变成对应的电信号。
应用在透镜光学机构8或者说透镜组列80里的单个透镜此处都可以设计成折射的或者衍射的光学元件。
替换图1所示的光电探测器90的方案，也可以在投影平面9里设有一个光学元件或者下一个光学系统的一个投影平面。
为了确保标尺光栅10的周期性的光栅结构作为周期的连续的光栅通过透镜组列80在投影平面9上具有同相位重叠，也就是说使得被透镜组列80中的一个透镜所投影的标尺光栅的部分的光栅连片和空隙与通过相邻透镜所投影的标尺光栅10的部分的光栅连片和空隙符合一致，必须在考虑到投影比例β和标尺光栅10的有效光栅周期的情况下使透镜组列80具有某一个周期性。用于确定透镜组列80的最佳周期性的计算公式以下就根据图2所示简图计算求出，在该图2中表示了用于在一个投影平面9中投影一个标尺光栅10的一个线性透镜组列80的两个相邻的透镜81、82。
图2用线性透镜组列80中的一个局部部分表示了透镜组列80的两个相邻布置的、相互距离为AG的透镜81、82，该透镜将光栅周期为t的、安装在一个标尺上的标尺光栅10以投影比例β投影成投影平面9中的周期为T＝β*t的一个光栅，在该投影平面里例如布置有一个按图1所示的光电探测器90，或者该平面配属于下一个光学系统。
标尺光栅10的配属于透镜组列80中的透镜81、82的部分由相邻透镜81、82的高度g1，g2和距离AG组成，并且由光栅周期t的倍数和小于光栅周期t的“剩余值”φ1至φ5组成。此时透镜组列80的左透镜81就将标尺光栅10的高度g1的光栅序传递至投影平面9里的高度b1的一个投影序里，而透镜组列80的右透镜82则将高度g2的光栅序传递至投影平面9里的高度b2的投影序里，其中标尺光栅10在投影平面9里的投影由高度b1和b2组成，并且由光栅周期T的倍数和小于光栅周期T的“剩余值”φ1至φ4一起组成。
为了使所述由透镜组列80的透镜81、82在投影平面9里所投影的光栅同相位地补充成一个通长的光栅或者说重叠，那么涉及以下条件(1)AG＝b1+b2＝Φ1+Φ2+n*T+Φ3+Φ4+i*T(2)b2＝|β|*g2＝|β|*(φ5+φ6+i*t)(3)b1＝|β|*g1＝|β|*(φ1+φ2+n*t)(4)AG＝k*t+φ3+φ4(5)φ2+φ3＝t(6)φ4+φ5＝t(7)T＝Φ2+Φ3＝|β|*(φ1+φ6)(8)T＝|β|*t其中n，i和k为自然数，包括零。
由于公式(1)和(4)等同，考虑到公式(2)，(3)和(7)可得|β|*(φ1+φ2+n*t)+|β|*(φ5+φ6+i*t)＝k*t+φ3+φ4|β|*(n+i)*t+|β|*(φ1+φ6)+|β|*(φ2+φ5)＝k*t+φ3+φ4加上T＝φ2+φ3＝|β|*(φ1+φ6)＝|β|*t接着为，|β|*(n+i)*t+|β|*t+|β|*(φ2+φ5)＝k*t+φ3+φ4|β|*(n+i+1)*t+|β|*(φ2+φ6)＝k*t+φ3+φ4(9)|β|*(i+n+1)*t+|β|*(φ2+φ5)＝k*t+φ3+φ4
如果公式(9)加上和(φ2+φ5)，那就用公式(5)和(6)得到|β|*(i+n+1)*t+|β|*(φ2+φ5)+(φ2+φ5)＝k*t+φ3+φ4+(φ2+φ5)(|β|+1)*(φ5+φ2)+|β|*t*(i+n+1)＝(k+2)*t或者(10)(φ2+φ5)＝[(k+2)*t-|β|*t*(i+n+1)]/(|β|+1)若将(φ2+φ5)加至公式(4)，则得到AG+(φ2+φ5)＝k*t+φ3+φ4+(φ2+φ5)由公式(5)和(6)得出AG＝(k+2)*t-(φ2+φ5)用公式(10)则AG＝(k+2)*t-[(k+2)*t-|β|*t*(i+n+1)]/(|β|+1)由此最终得出作为栅格周期的答案或者用于投影一个通长的、由相互同相重叠的投影-部分光栅组成的光栅的线性周期性的透镜系统80的相邻透镜81、82的相互距离的答案AG=|β|*t*(k+i+n+3)(|β|+1)]]>或者(11)---AG=|β|*t*(k+i+n)(|β|+1)]]>其中AG透镜组列80的栅格周期，t标尺光栅10的周期，|β|透镜组列80的投影比例β的绝对值i，k，n自然数，包括数字零。
为了借助于透镜组到80使周期为t的标尺光栅光学地以投影比例β进行如此投影，使得产生一个周期T＝|β|*t的光栅-该光栅没有相移、相空隙(Phaseluecke)等等，因此透镜组列80的相邻透镜81、82必须具有对应于上述关系式(11)的一个距离AG。
通过在透镜组列80的两个相邻透镜81、82的投影之间的图形空间里的一种有目的可预先规定的相移ψ就可以调定对于投影在投影平面9里的光栅的分析处理所希望的效果。因此通过有目的的可调定的相移ψ可以在投影平里9里使由布置在按图1所示投影平面9里的光电探测器90、例如一种多组式探测器所产生的信号的相位规定在例如90°上。此外可以在相邻透镜81、82的光栅投影的重叠部位里调定一个在亮区和暗区的宽度之间的有目的的比例关系，以便能有目的地影响探测器90的由此获得的信号的高次谐波内容。
为将所希望的相移ψ包括进去只要将上面所述的公式(1)改变为(1′)AG＝b1+b2+Ψ＝Φ1+Φ2+n*T+Φ3+Φ4+i*T+Ψ其中ψ＝|β|*ψ由此得出对栅格周期或对于线性周期性透镜组列80的相邻透镜81、82的相互距离来说通用的公式，用于投影出通长的由相互同相的重叠的投影-分光栅所组成的光栅(12)---AG=|β|*(t*(k+i+n)+ψ)(|β|+1)]]>其中AG透镜组列80的栅格周期，t标尺光栅10的周期，|β|透镜组列80的投影比例β的绝对值ψ可预先规定的相移i，k，n自然数，包括数字零。
如果想要由例如由该透镜组列80投影的光栅的周期T的四分之一产生一个有目的的相移ψ，那么必须考虑到透镜组列80的投影比例β和标尺光栅10的光栅周期t按照上述计算公式(12)来确定相邻透镜81、82的透镜距离AG或者说透镜组列80的周期。
图3中概略表示了两个用上述计算公式计算出的栅格周期或一个线性周期性的透镜组列的相邻透镜的相互距离。
图3所示示图提出的任务在于通过一种光学投影、借助于一种(微)透镜组列使一个20μm的标尺光栅、也就是说光栅周期t＝20μm的标尺光栅以投影比例β＝-2进行投影，也就是投影成一个光栅周期为t′＝40μm的光栅。也就是说应该产生原始标尺光栅10的一个具有双倍的光栅周期t的投影而并没有附加的相移。此外由于数值口径以及由于工艺技术的限制，透镜组列的周期性的计算以最小透镜宽度为120μm为基础。
为了确定透镜组列80的相邻透镜的周期性或者距离AG，由上述的计算公式(11)出发，因而按包含于该公式中的自然数i，k，n来解此公式AG＝|β|*t*(k+i+n)/(|β|+1)其中k，i，n∈N因此得出(13)AG*(|β|＝1)/(|β|*t)＝(k+i+n)由于i，k，n是自然数，所述术语m也必须是一个自然数，也就是(14)AG*(|β|+1)/(|β|*t)＝(k+i+n)＝m公式14按相邻透镜的距离AG的解为(15)AG＝|β|*t*m/(|β|+1)其中m∈N在此式中t和β是给定的，因此在设定某一个用于相邻透镜距离AG的最小透镜宽度时必须这样来选择自然数m，使相邻透镜的距离AG达到最小透镜宽度的希望的值。同时由以下公式求出自然数的大小(16)m＝k+i+n值k/|β|用作为由n+i组成的和的良好近似值。
此处就得出(17)m＝k+k/|β|或者m＝k(1+1/|β|)该公式按k的解为(18)k＝m/(1+1/|β|)其中k为一个如上所述的自然数。用上述的值AG＝120μm，β＝-2和t＝20μm则得出(19)AG*(|β|+1)/(|β|*t)＝m＝120μm*(2+1)/2*20μm)＝9由此得出(20)k*(1+1/|β|)＝m＝9由此得出k＝6，n+i＝3因为i，k和n是自然数，该条件通过公式(20)满足了，因此在透镜组列的相邻透镜之间的具有一个周期或者一个距离AG＝120μm的透镜组列满足了对一个相位相同的光栅投影的要求。图3表示了具有一个周期为AG＝120μm的透镜组列80a-其相邻透镜具有光学轴线X1至X4-得到一个光栅图形Ga，该图形具有标尺光栅10未受干扰的投影。
如果对于一种透镜组列80b来说不是选择它，而选择了相邻透镜的距离或者一个周期AG＝140μm，这也许能满足对最小透镜宽度为120μm的条件，那么由上式(12)就得出(20)AG＝|β|*(t*(k+i+n)+ψ/(|β|+1)其中i，k和n必须是自然数。
由此对于相移ψ来说得出(21)ψ＝(|β|+1)*AG/|β|-t*(k+i+n)用所选的或所假设的值透镜距离AG＝140μm，注销比例(Ab-meldungsmaβstab)β＝-2、标尺光栅的光栅周期t＝20μm和自然数k＝6，以及n+i＝3，那就由上述等式得出相移ψ的公式(22)ψ＝(2+1)*140μm-20μm*(6+3)＝240μm如由图4所示的、相邻透镜的光学轴线Y1至Y4的相互距离或者说周期AG＝140μm的透镜组列80b的光栅Gb可见，相邻透镜间的图形部位相互重叠，从而形成一个没有被投影的标尺光栅的伸长部位。
图5简明表示了一种径向的光栅结构10，它借助于一种径向的透镜组列80c投影成一个径向的光栅图形Gbr。
径向透镜组列80c由各个微透镜组成，这些微透镜与一种线性透镜组列不同，沿着其径向的纵向延伸部位并没有恒定的距离AG，而是具有一个在径向方向上变化的、取决于各自半径r的距离AG(r)。
为了借助于径向的透镜组列80c使所要投影的周期为t(r)的径向光栅结构以投影比例β(r)进行光学投影，从而产生周期T(r)＝|β(r)|*t(r)的一个光栅，该光栅没有相移、相空隙等等，那么径向透镜组列80c的相邻透镜必须具有如下的距离AG(r)=|β(r)|*t(r)*[k+i+n]|β(r)|+1]]>其中AG(r)透镜组列的栅格周期，t(r)周期性光栅结构的周期，
|β(r)|透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，r光栅系统的半径，i，k，n∈N，也就是说自然数包括零。
图5表示了两个不同的、按照上述计算公式所确定的距离AG(r1)和AG(r2)，该距离在两个沿圆周方向相邻的、辐射状地从一个共同中心出发的微透镜装置的处于相同半径上的微透镜之间。这样一种径向透镜组列可以用于径向位置测量装置的旋转传感器和角度测量仪。
权利要求
1.具有一个扫描单元(2)的光学的位置测量装置，该扫描单元包含有一个光源(4)、一个投影平面(9)和一个用于在投影平面(9)里产生一个周期性的光栅结构(10)的投影的透镜光学机构(8)，其特征在于，透镜光学机构(8)由具有如此栅格周期的或者说相邻透镜(81、82)的相互距离的一种周期性透镜组列(80)组成AG(r)=|β(r)|*[t(r)*[k+i+n]+ψ](|β(r)|+1)]]>其中AG(r)为透镜组列的栅格周期，t(r)为周期性的光栅结构(10)的周期，|β(r)|为透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，ψ为一个可预先规定的限定的相移，r为光栅系统的半径，其中对于线性的光栅r＝∞，而AG，t和β是恒定的，i，k，n∈N，也就是说自然数，包括零。
2.按权利要求1所述的光学的位置测量装置，其特征在于，相移(ψ)是在投影平面(9)里投影的周期性光栅结构(10)的周期(T)的一个分数或一个倍数。
3.按权利要求1所述的光学的位置测量装置，其特征在于没有相移(ψ＝0)时的栅格周期AG(r)=|β(r)|*[t(r)*[k+i+n](|β(r)|+1)]]>其中AG(r)为透镜组列的栅格周期，t(r)为周期性光栅结构(10)的周期，|β(r)|为透镜组列(80)的投影比例β的绝对值，r为光栅系统的半径，其中对于一个线性的光栅r＝∞，而AG，t和β是恒定的，i，k，n∈N，也就是说自然数，包括零。
4.按上述权利要求中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于透镜组列(80)的透镜(81、82)的一个宽度BL(r)=|β(r)|*t(r)*m(|β(r)|+1)]]>其中BL(r)为透镜宽度，t(r)为周期性的光栅结构(10)的周期，|β(r)|为透镜组列(8)的投影比例β的绝对值，r为光栅系统的半径，在线性栅格时r＝∞，m∈N。
5.按上述权利要求中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于，一个光电探测器(90)布置在投影平面(9)里。
6.按上述权利要求1至4中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于，投影平面(9)配置于接着的一个光学系统。
7.按上述权利要求中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于，应用在透镜光学机构(8)或者透镜组列(80)里的单个透镜是折射的光学元件。
8.按上述权利要求1至6中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于，应用在透镜光学机构(8)或者透镜组列(80)里的单个透镜是衍射的光学元件。
9.按上述权利要求中至少一项所述的光学的位置测量装置，其特征在于一个标尺(1)，该标尺具有至少一个具有周期性光栅结构的刻线光栅(10)，并具有一个相对于标尺(1)可活动的并且扫描该标尺光栅(10)的扫描单元(2)，该扫描单元有一个光源(4)、一个投影平面(9)和一个布置在标尺(1)和投影平面(9)之间的光路里的、用于在投影平面(9)里产生标尺光栅(10)的周期性光栅结构的一个投影的透镜光学机构(8)。
10.按权利要求9所述的光学的位置测量装置，其特征在于，在标尺(1)和透镜组列(80)之间和/或在标尺(1)和光源(4)之间布置了一个具有一种光栅结构的扫描板(7)，该扫描板具有一个与标尺(1)的光栅常数略有不同的光栅常数，因而在一个中间图形平面里就产生了一种可视的条纹图样。
11.按上述权利要求中至少一项用于按反射光测量方法进行光电扫描的光学的位置测量装置，其特征在于，投影平面(9)和光源(4)都布置在一个共同的线路板(3)里。
12.按权利要求11所述的光学的位置测量装置，其特征在于，线路板(3)与标尺(1)或标尺光栅(10)成角度地进行布置，因而从光源(4)出来的光线在一个垂直于标尺(1)布置的反射面(5)上反射，经过一个聚光透镜(6)投射到标尺光栅(10)上，在那里反射并借助于基本平行于线路板(3)布置的透镜组列(80)使标尺光栅(10)以投影比例(β)投影在投影平面(9)上。
全文摘要
本发明涉及一种具有一个扫描单元(2)的光学的位置测量装置，该扫描单元包含有一个光源(4)、一个投影平面(9)和一个用于在该投影平面(9)里产生一个周期性的光栅结构(10)的投影的透镜光学机构(8)。按照发明该透镜光学机构(8)由一个具有栅格周期或者相邻透镜(81、82)相互间距的周期性透镜组列(80)组成，其中A
文档编号G02B3/00GK1646883SQ03808600
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月2日 优先权日2002年4月17日
发明者U·本纳, E·迈尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司