專利名稱：光電式角度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電式角度測量裝置，其用于確定圍繞至少一個(gè)軸 的至少一個(gè)角度。
背景技術(shù)：
在例如測地和工業(yè)測量的許多應(yīng)用領(lǐng)域中要求確定方向和角度。在 現(xiàn)有技術(shù)中角度測量技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從機(jī)械式的讀取過程到全自動(dòng)的 角度測量。借助自動(dòng)化技術(shù)，能夠達(dá)到很高的測量精度，能夠縮減觀察 時(shí)間并且可以直接存儲(chǔ)測量值并以數(shù)字形式對其進(jìn)行進(jìn)一步處理。
己知的角度測量裝置一般包括所謂的刻度盤和掃描裝置?？潭缺P被 設(shè)計(jì)為編碼載體，其具有用于在度盤上確定位置的刻度或者編碼。構(gòu)造 成具有刻度或編碼并用于確定角度的裝置在下文將被稱為編碼載體或者 刻度盤。編碼被施加在編碼載體的度盤一個(gè)表面(圓面或者側(cè)表面)上。
為了自動(dòng)地檢測角度值，將借助不同的技術(shù)對編碼載體進(jìn)行掃描， 所述編碼載體相對于掃描裝置而言可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。已知的掃描方法是電磁 方法、電方法和光電子方法。稍后描述的實(shí)施方式涉及光電掃描方法和 掃描裝置。
為了確定從0°到360。的角度位置，通常在整圓刻度盤中設(shè)置編碼。 整圓刻度盤的角度分辨率根據(jù)編碼的方式并且根據(jù)為了讀取該編碼而設(shè) 置的掃描裝置來確定。因此，例如通過施加由很多軌線組成的編碼或者 通過精細(xì)的刻度可提高角度分辨率，其中可實(shí)現(xiàn)的分辨率受限于制造原 因和技術(shù)成本原因。為了讀取所述編碼，例如在刻度盤上布置一個(gè)或多 個(gè)掃描元件是已知的。例如這種掃描元件可以表現(xiàn)為CCD線陣或者CCD 面陣列。
由于此類掃描裝置始終只能檢測小的編碼范圍，因此為了達(dá)到所需測量精度(例如對于測地應(yīng)用而言，該精度的范圍小于3mgon)而開發(fā) 出了不同的方法和裝置。因此特別普遍的是，結(jié)合粗略測量和精細(xì)測量， 或者通過內(nèi)插法和計(jì)算機(jī)分析以達(dá)到所需分辨率，同時(shí)降低測量誤差。 與此相關(guān)的角度測量裝置包括例如附加的編碼、掃描柵格或者用于多重 掃描的多個(gè)掃描器。然而這種已知的解決方案在技術(shù)上復(fù)雜且成本很高， 或者表現(xiàn)出在測量精度與測量速度之間的折衷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種角度測量裝置，該角度測量裝置在保證 符合此類產(chǎn)品的所必須的測量精度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)復(fù)雜性的簡化。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1或其從屬權(quán)利要求所述的裝置 來實(shí)現(xiàn)或者被進(jìn)一步改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置具有編碼載體，該編碼載體承載了可被 光學(xué)地檢測的位置編碼；還具有掃描裝置，該掃描裝置以光敏的線狀或 者面狀形式構(gòu)成，其中借助該掃描裝置能夠同時(shí)檢測所述編碼載體的較 大的編碼區(qū)域，特別是全部的編碼區(qū)域。這樣， 一方面能夠借助復(fù)雜程 度較低的編碼執(zhí)行位置確定，另一方面，通過檢測比用于明確地確定位 置所必須的區(qū)域還要大的區(qū)域，可以獲得冗余信息。通過附加的測量信 息保證了可靠的測量。此外，通過檢測一個(gè)較大的編碼區(qū)域(可能是360。) 而提高了測量精度，例如通過結(jié)合大量的測量值進(jìn)行檢測。
如開始描述的，借助如此構(gòu)造的掃描裝置來完成對被編碼區(qū)域的檢 測，即所述掃描裝置沿著編碼載體的內(nèi)周或者外周(所述內(nèi)周或外周承 載了所述編碼)設(shè)置，由此所述掃描裝置基本完全包圍了所述編碼載體 或者所述編碼載體基本完全包圍了所述掃描裝置。所述掃描裝置沿著至 少一個(gè)周邊完全環(huán)繞所述編碼載體或者所述編碼載體沿著至少一個(gè)周邊 完全環(huán)繞掃描裝置是有利的。在本發(fā)明范圍內(nèi)，編碼區(qū)域還可以被理解 為單獨(dú)的點(diǎn)狀或者線狀的元件(如刻度線)。
編碼載體和掃描裝置如此布置，即，能夠在它們之間實(shí)現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)。所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞編碼載體和/或掃描裝置的至少一個(gè)軸。通常，編碼載體和掃描裝置圍繞相同的軸。編碼載體被設(shè)置成例如圍繞一個(gè)軸 (轉(zhuǎn)動(dòng)軸)可轉(zhuǎn)動(dòng)，并且跟隨一個(gè)其角度位置將被檢測的元件轉(zhuǎn)動(dòng)，而 此時(shí)掃描裝置是固定安裝的，或者掃描裝置是跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)的而編碼載體是 固定的。
編碼載體或刻度盤具有特別是圓形橫截面的幾何形狀，例如圓柱形 或者圓筒形。當(dāng)然編碼載體也能夠構(gòu)造成扇形。該編碼載體可以由玻璃、 塑料或者其他光學(xué)上透明的材料，以及不透明的但具有切口和/或孔的材 料制成。當(dāng)借助在編碼載體上反射的光信號來完成光學(xué)測量時(shí)，也可以 通過不透光的材料來構(gòu)成編碼載體。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中， 可光學(xué)檢測的位置編碼被施加到編碼載體的平行于軸的周面/側(cè)表面。位 置編碼的概念是光學(xué)可檢測的裝置的總稱，其中通過所述裝置的光學(xué)檢 測能夠生成與位置相關(guān)的信號。位置相關(guān)性在這里能夠通過編碼或者通 過檢測位置推導(dǎo)出來?；谒鲂盘栐诤罄m(xù)步驟中能夠直接或者間接地 確定相對位置值或者絕對位置值。
位置編碼可以由在周向和/或軸向上保持間隔的多個(gè)標(biāo)記組成，或者 僅由一個(gè)單獨(dú)標(biāo)記組成。作為位置編碼而施加在側(cè)表面的刻度或者進(jìn)入 表面內(nèi)的刻度，在增量刻度的情況下，提供用于檢測相對值的編碼載體。 這樣一種編碼載體經(jīng)常設(shè)置有粗刻度和細(xì)刻度。用于給出絕對測量值的 編碼載體具有絕對編碼。該編碼能夠以一組或者多組同心軌線施加到編 碼載體的側(cè)表面，或者特別是借助光蝕刻法施加到其上。同樣，所述側(cè) 表面可以具有沿其周向和軸向延伸的編碼，例如螺旋形圍繞軸的編碼。
借助本發(fā)明的角度測量裝置的掃描裝置和編碼載體，增加了編碼載 體的編碼的各種設(shè)計(jì)的可能性，所述掃描裝置和所述編碼載體彼此相對 地沿著周邊(特別是全部的周邊)安置。這樣，就能夠根據(jù)復(fù)雜性、經(jīng) 濟(jì)性、測量準(zhǔn)確性和/或誤差檢測的觀點(diǎn)來選擇編碼的方式。
例如，具有掃描裝置的角度測量裝置能夠具有明顯簡化的編碼載體 或者編碼，所述掃描裝置沿著編碼載體的承載了編碼的外周或者內(nèi)周這
樣布置，即，能夠檢測承載了編碼的周邊的較大的角度范圍，特別是360° 或者接近360?；蛘咴摬贾梅绞剿试S的角度范圍(參見圖6)。在360。掃描裝置的情況下，所述編碼甚至可以簡化為一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)刻度線。在 校準(zhǔn)掃描裝置之后，位置信息能夠由位于掃描裝置上的位置編碼的檢測 位置推導(dǎo)出來，其中位置編碼也能夠?qū)嵤閱为?dú)的編碼元件(如刻度線) 或者編碼載體自身能夠?qū)嵤榭潭染€元件。
通過對較大的、特別是承載編碼的整個(gè)編碼載體區(qū)域進(jìn)行檢測，能 夠以較高的精度執(zhí)行角度測量。此外，在增量編碼情況下，總是可確定 相應(yīng)的標(biāo)志性的開始位置和終點(diǎn)位置。例如圓周刻度誤差的誤差源能夠 通過完整的或者盡可能完整的刻度盤編碼的映像確定出來，并且相應(yīng)地 被校正。此外，在完整映像的情況下，任何時(shí)刻都保證了唯一的編碼分 配，由此正如上文所述的那樣可以省卻編碼元件。因此在根據(jù)本發(fā)明的 角度測量裝置中，編碼載體可以使用復(fù)雜程度簡化的編碼，這樣就有利 于制造并且降低技術(shù)開銷。
編碼載體的位置編碼通過光輻射(例如由照明裝置提供)而投射在 光敏的掃描裝置上。構(gòu)造成光敏帶狀形式的掃描裝置具有沿著周向布置 的帶狀光敏區(qū)域。利用布置成沿著編碼載體的周向和軸向的帶狀、特別 是點(diǎn)陣形式的區(qū)域，形成光敏面。
該光敏區(qū)域表現(xiàn)為例如光敏的有機(jī)光電二極管。通過具有多個(gè)有機(jī) 光電二極管的透明聚合物點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)，可以提供柔性的、透明或者部分 透明的掃描膜。如果所述膜相對于編碼載體相應(yīng)布置，則照射到編碼載 體的光輻射(根據(jù)不同的編碼載體和編碼的實(shí)施方式)以反射或透射的 輻射被所述光敏區(qū)域檢測。例如被反射或透射的輻射被作為光敏區(qū)域的 多個(gè)有機(jī)光電二極管接收并被作為電壓輸出。該電壓值隨后被數(shù)字化， 并被作為數(shù)字值繼續(xù)處理。因?yàn)檫@種掃描膜可以批量生成，因此能夠獲 得極為廉價(jià)且高精準(zhǔn)的掃描裝置。
一種適合用作掃描裝置的掃描膜例如在2005年2月的科學(xué)雜志 《OLE》(Opto & Laser Europe)的第22、23頁上的文章"Pocket Scanner has curved surfaces wrapped up"中有所描述，其內(nèi)容在這里被引入本申請。該 掃描膜也被稱作"sheet image-scanner"或"image-scanner film",其為輕薄的 塑料膜。該膜可以是例如雙層的，第一層膜具有有機(jī)光電二極管的光敏區(qū)，第二層膜具有有機(jī)晶體管區(qū)，這些膜借助銀膏被連接。光電二極管 點(diǎn)陣和晶體管點(diǎn)陣分別具有大量的(如幾千個(gè))光電二極管和晶體管。
這些點(diǎn)陣是這樣相互重疊的傳感器單元分別具有一個(gè)光電二極管和一 個(gè)晶體管。有機(jī)半導(dǎo)體的應(yīng)用使得簡化的、大面積的生產(chǎn)成為可能，例 如借助印刷技術(shù)或者噴鍍技術(shù)，從而獲得了耐用的且柔性的最終產(chǎn)品。
在2004年12月，T. Someya等人發(fā)表于IEEE International Electron Devices Meeting Digest of Technical Papers (正DM)的文章"A Large-Area, Flexible, and Lightweight Sheet Image Scanner Integrated with Organic Field-Effect Transistors and Organic Photodiodes"的第365-368頁中，也描述了這種掃 描膜，其內(nèi)容在這里被引入本申請。
正如在開始部分述及的，掃描裝置相對編碼載體的編碼區(qū)域如此布 置，g卩，掃描裝置基本完整地包圍編碼區(qū)域或者編碼區(qū)域基本完整地包 圍掃描裝置。包圍的概念，在掃描裝置包圍的情況下，應(yīng)該被理解為一 種布置方式，其中掃描裝置的周面如此包圍編碼載體的周面，目卩，編碼 載體的被圍繞的周面凸入到由掃描裝置的周面限定的空間中，并且這兩 個(gè)周面彼此無接觸地分隔開地對置，從而形成空隙。兩個(gè)360。周面的完 整的包圍在橫截面上能夠通過兩個(gè)同心的圓圈表現(xiàn)出來。
掃描裝置和編碼載體的布置的可能性包括，例如沿著編碼載體的整 個(gè)周長包圍該編碼載體的掃描裝置。同樣，編碼載體也可以沿著掃描裝 置的周邊包圍該掃描裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，掃描裝置被構(gòu) 造為整體件，并且圍繞編碼載體的周邊完整地包圍該編碼載體。特別是 該掃描裝置至少沿著對于測量角度而言非常重要的周邊區(qū)域來包圍編碼 載體。完整的包圍或者基本完整的包圍也可以通過多件掃描裝置來實(shí)現(xiàn)， 這些多件掃描裝置相互靠緊排列或者保持很小距離地排列，這種形式也 能夠起到整體的掃描裝置的作用。此外還可以規(guī)定多個(gè)掃描裝置，它們 垂直于周向地布置，以檢測例如粗略編碼以及精細(xì)編碼的軌線和/或偏離 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng)。在它們面狀的、平行于轉(zhuǎn)軸的延展中，編碼載體 和掃描裝置相互匹配或者有所不同。借助其延展超過編碼載體的延展的 掃描裝置，可以確定轉(zhuǎn)軸方向上的運(yùn)動(dòng)。對于根據(jù)本發(fā)明的具有編碼載體和掃描裝置的光電式角度測量裝置 (其接收相應(yīng)大量環(huán)境光)來說，借助環(huán)境光對位置編碼進(jìn)行光學(xué)檢測 是可行的。由于角度測量裝置基本上主要集成在測量儀器內(nèi)部，因此一 般來說應(yīng)該設(shè)置照明裝置。所述照明裝置可以同軸地布置在光學(xué)透明或 者部分透明的編碼載體中，所述編碼載體因此從內(nèi)部被照亮。布置在外 側(cè)圍繞編碼載體的周邊的掃描裝置檢測透射過來的光，即，借助所謂的 透射光方法來完成檢測。在透射光方法中，編碼載體(例如玻璃圓柱體) 借助可透光的和不透光的區(qū)域編碼。編碼從一側(cè)被照亮，作為接收裝置 的掃描裝置被布置在另外一側(cè)。編碼載體處于照明裝置和接收裝置之間。 與此相反，為了掃描也可以采用所謂的反射照明方法。對于反射照明方 法來說，照明裝置和接收裝置布置在編碼載體的同一側(cè)上。所述編碼載 體部分可反光，或者具有不同的反光特性，由此可以記錄不同的輻射強(qiáng) 度。
如果掃描裝置光學(xué)透明或者部分透明，例如在那些光敏區(qū)域之間具 有可透光的區(qū)域，那么也可以使用反射照明方法，其中通過至少部分透 明的掃描裝置來照亮編碼載體。照明也可以傾斜地施加到編碼載體和掃 描裝置之間的空隙。照亮方式或者照明裝置布置方式的幾種可能性作為 實(shí)施例在圖中有所描述。
照明裝置的選擇(例如激光二極管、光導(dǎo)纖維、散射裝置)可由本 領(lǐng)域技術(shù)人員特別是按照制造和/或技術(shù)成本觀點(diǎn)來完成。照明裝置的選 擇通常取決于該照明裝置相對于編碼載體和掃描裝置的目標(biāo)布置方式。
根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的應(yīng)用領(lǐng)域是具有方向確定功能和角度 確定功能的大地測量裝置。例如其可用于經(jīng)緯儀，該經(jīng)緯儀具有水平和 垂直的刻度盤以及相應(yīng)的讀取裝置，以便于能夠高精度地測量水平和垂 直角度。


下面將結(jié)合附圖示例性地示出的實(shí)施例來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的角 度測量裝置。圖中圖1A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、具有四個(gè)掃描單元的第一角度測量裝
置；
圖IB示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、具有五個(gè)發(fā)光電二極管和光電二極管 的角度測量裝置；
圖2示出了用于根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的編碼載體的實(shí)施方
式；
圖3A到圖3J是根據(jù)本發(fā)明的、具有編碼載體和掃描裝置的另選布 置和構(gòu)造方式的角度測量裝置的實(shí)施方式；
圖4A到圖4D以四個(gè)分圖示出了根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的照明 裝置的可能的布置方式；
圖5A到圖5D以四個(gè)分圖示出了編碼載體和掃描裝置的可能的布置
方式；
圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于測量球形萬向節(jié)的角位置的角度測 量裝置的第一實(shí)施例；
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于測量球形萬向節(jié)的角位置的角度測 量裝置的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于設(shè)定角位置的構(gòu)造。該構(gòu)造具有增 量刻度的刻度盤TK,其包括四個(gè)零標(biāo)記N和四個(gè)掃描單元。作為掃描單 元而彼此徑向?qū)χ玫膬蓪怆娫﨔E以及彼此徑向?qū)χ玫膬蓪α銟?biāo)記N 用于設(shè)定更準(zhǔn)確的角度位置，特別用于避免循環(huán)的、周期性的誤差。
圖1B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一光電角度測量結(jié)構(gòu)。該角度測量結(jié) 構(gòu)被構(gòu)造成用于粗略的絕對角度測量。為此，刻度盤TK'具有5個(gè)同心的 編碼軌線。為了掃描這些軌線，五個(gè)發(fā)光二極管LD和五個(gè)光電二極管 PD布置成在作為光柵的刻度盤的相對兩側(cè)垂直于刻度盤的周向。根據(jù)各 個(gè)編碼軌線的相應(yīng)的光通過或者光不通過將生成一個(gè)信號(亮/暗)，并且 由此生成一個(gè)二進(jìn)制符號(1/0)。
圖2示出了能夠應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的編碼載體的一個(gè)實(shí)施方式。該編碼載體是可繞軸A旋轉(zhuǎn)的刻度盤片KS，其中編碼被施 加到刻度盤片KS的周面上(側(cè)表面)。這里以及下述文字中關(guān)于編碼的 描述是純粹示例性的。
圖3A到圖3J示出了根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置，其具有編碼載體 和掃描裝置的不同的構(gòu)造和布置方式，并且下面將相互關(guān)聯(lián)地介紹。
在圖3A中，編碼載體以盤狀構(gòu)成，其具有施加在周面/側(cè)表面Ml 上的位置編碼Cl。光敏的、面狀的掃描膜Fl被用作掃描裝置而沿著編 碼載體的整個(gè)周邊包圍該編碼載體。圖3B示出了一種編碼載體，該編碼 載體沿著構(gòu)造為光敏面的掃描膜F2的整個(gè)周邊包圍該掃描膜F2，即，該 掃描膜F2沿著該編碼載體的內(nèi)周面布置，其中該掃描膜在這里被固定在 轉(zhuǎn)盤DS的周面/側(cè)表面上。轉(zhuǎn)盤DS可以包括其他電子設(shè)備，如存儲(chǔ)器電 子設(shè)備和/或評價(jià)電子設(shè)備。編碼載體相應(yīng)地沿著其內(nèi)周面承載位置編碼 C2。圖3A和圖3B中的編碼載體和掃描膜Fl、 F2分別如此同心布置， 即編碼載體的周面位于由掃描膜F1的周面張緊的空間中(圖3A)，或 者掃描膜F2的周面位于由編碼載體的周面張緊的空間中(圖3B)，其中 編碼載體和掃描膜Fl、 F2之間通過一個(gè)空隙來保持距離。掃描膜Fl、 F2各自都是一體件，并且都具有多個(gè)(未示出的)有機(jī)的、點(diǎn)陣狀布置 的光電檢測器，編碼載體材料在這里是塑料。
在圖3C到圖3E中，具有光敏區(qū)域的塑料薄膜圍繞編碼載體而布置， 其中塑料薄膜和編碼載體分別繞軸A1、 A2、 A3布置。在圖3C中，光敏 的帶狀塑料薄膜S1被布置成圍繞編碼載體的完整周面，并且該塑料薄膜 Sl比編碼載體沿軸向的延展要小。
圖3D中示出的編碼載體同樣被實(shí)施為帶狀形式，并且該編碼載體被 掃描裝置Sl'沿其整個(gè)圓周環(huán)繞，所述掃描裝置Sl'被制成具有多個(gè)光敏的 傳感器單元，這些傳感器單元具有有機(jī)光電二極管和有機(jī)晶體管。這種 實(shí)施方式提供了一種軸向尺寸很小的布置方式。以增量編碼形式的刻度 在這里被施加到編碼載體上。
圖3E中的面形的膜S2沿著軸向的延展大于編碼載體沿軸向的延展。 通過這種實(shí)施方式能夠特別好地檢測出編碼載體沿著軸A3方向的不希望出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。
在所有圖3C， 3D和3E中掃描裝置都環(huán)繞編碼載體，由此編碼載體 位于掃描裝置的周面限定的空間中。所述由周面限定的空間是由該周面 包圍的空間，該空間也包圍編碼載體的軸Al、 A2、 A3或者掃描裝置。 由此根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置能夠根據(jù)不同的所期望的/優(yōu)選的性能 (如測量精確性、結(jié)構(gòu)緊湊性、生產(chǎn)成本以及復(fù)雜度)而設(shè)計(jì)并構(gòu)造出 來。
圖3F到圖3J示出了編碼載體和掃描裝置的另一個(gè)實(shí)施方式，其中 掃描裝置沿著至少一個(gè)圓周完整地包圍編碼載體。
圖3F中編碼載體構(gòu)造為圓柱形旋轉(zhuǎn)體Z1，該旋轉(zhuǎn)體Z1在其圓柱周 面ZM上具有螺旋形的編碼C3作為位置編碼。作為掃描裝置的檢測薄膜 S3沿著旋轉(zhuǎn)體Zl的整個(gè)高度和其整個(gè)周長環(huán)繞該旋轉(zhuǎn)體Zl 。
在圖3G中，三個(gè)掃描裝置圍繞圓筒編碼載體Z2布置。這些掃描裝 置被實(shí)施為膜S4、膜S5和膜S6，其中膜S4、膜S5和膜S6的任何一個(gè) 都具有有機(jī)光電二極管區(qū)和相重疊的有機(jī)晶體管區(qū)。膜S4、膜S5和膜 S6沿著圓筒編碼載體Z2的周長完整地包圍圓筒編碼載體Z2，并且膜S4、 膜S5和膜S6沿著橫向于周向相互保持間隔地安置。此外，還描述了一 種照明元件B。所述照明元件B具有表面粗糙且光學(xué)透明的底座，由此 照明裝置B的光源的光穿過用作散光器的底座散射入圓筒的內(nèi)部。編碼 載體由此從內(nèi)部被均勻地照亮，并且借助膜S4、膜S5和膜S6根據(jù)透射 光方法而被掃描。與前述實(shí)施方式相比較而言，圖3F和圖3G的編碼載 體和掃描裝置的實(shí)施方式具有較小的直徑和軸向較大的延展。對于這樣 一種根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的構(gòu)造方式而言，也可以采用細(xì)長的照 明裝置(例如光導(dǎo)纖維)。
圖3H、圖3I和圖3J示出了球形的編碼載體，同時(shí)掃描裝置為光敏 的帶狀形式。沒有示出各個(gè)編碼載體上的編碼。各個(gè)編碼載體的支承也 未示出，這些編碼載體例如作為球形萬向節(jié)而被支撐。圖3H中的掃描帶 L沿著周長完整地環(huán)繞編碼載體。在圖31中第一掃描帶L1設(shè)置成圍繞編 碼載體的第一圓周，第二掃描帶L2設(shè)置成圍繞編碼載體的第二圓周，并且第三掃描帶L3設(shè)置成圍繞編碼載體的第三圓周。圖3J同樣示出了三 個(gè)掃描帶L4、 L5和L6，這些掃描帶分別沿著圓周圍繞編碼載體，并且 這些掃描帶在垂直于圓周方向上相互保持間隔地布置。
在圖4A到圖4D中，以布置方式的多種變形例示出了用于根據(jù)本發(fā) 明的角度測量裝置的照明裝置。這些照明裝置被純粹示例性地描繪為發(fā) 光二極管，可以理解，這里能夠使用多種不同的發(fā)光源，或者這些照明 裝置可以被構(gòu)造成各種不同的形式，并且例如可以包括其他的光學(xué)元件， 如鏡片或者光散射器。
圖4A的刻度盤Tl是從內(nèi)部照亮的?？潭缺PTl的材料在這里是玻 璃。為了保護(hù)編碼，玻璃刻度盤可以覆蓋保護(hù)層或者粘貼一種保護(hù)玻璃。 通過同軸地布置在刻度盤內(nèi)部的發(fā)光二極管D，刻度盤可以被均勻地照 亮。光從內(nèi)部穿過刻度盤朝著光敏掃描膜F3的方向照向外側(cè)，該掃描膜 F3接收那些已經(jīng)被編碼影響了的光信號。用于這種布置方式的另選的照 明形式可通過一種自照明的編碼來實(shí)現(xiàn)，其例如具有有機(jī)發(fā)光二極管。
在圖4B中，刻度盤T2同心地包圍內(nèi)部的掃描膜F4。再次從這種布 局的中心進(jìn)行照明。掃描膜F4在不透光的光敏傳感器元件之間具有可透 光的區(qū)域，由此中心定位的發(fā)光二極管D的光穿過薄膜到達(dá)刻度盤T2 的側(cè)面并在那里被反射。薄膜的光敏感區(qū)域(傳感器元件)接收被反射 的光線將其作為與位置相關(guān)的掃描信號。
圖4C示出了外置照明裝置。兩個(gè)發(fā)光二極管D沿著測量裝置的周 面定位，并且穿過薄膜F5而照亮編碼，而所述薄膜F5形成為在光學(xué)上 部分透光的，并且接收被編碼結(jié)構(gòu)反射的信號。
圖4D的照明裝置包括兩個(gè)發(fā)光二極管D，所述兩個(gè)發(fā)光二極管D 為了照亮空心刻度盤的編碼載體H和薄膜F6而傾斜地照亮在它們之間的 空隙。這種照明方式也符合反射照明方法的技術(shù)，即傾斜入射的光線將 在空心刻度盤的內(nèi)周(已編碼)反射到薄膜F6。
當(dāng)然，在圖4C和圖4D的實(shí)施例中，正好有一個(gè)唯一的光源作為照 明裝置，但也可以使用多個(gè)光源。
在圖5A到圖5D中純粹示意性地描述了四個(gè)實(shí)施例，用于描述根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的編碼載體和掃描裝置的可能的布置方式。當(dāng)然 還可以有更多的另選布置方式。
圖5A示出了完全圍繞編碼載體圓盤CS的一體式掃描裝置F7。在 圖5B中掃描裝置由三部分組成，并且圍繞編碼圓盤CS'這樣布置，艮卩 三個(gè)部分l、 2和3的每一個(gè)分別沿著其自身的部分圓周以相應(yīng)的包圍角 度包圍編碼圓盤CS'，其中包圍角度的總和接近360。，由此編碼圓盤CS' 沿其周長基本被完全包圍。圖5C示出一種掃描裝置，其由兩部分1'和2' 組成，這兩個(gè)部分分別在側(cè)面圍繞圓柱形的編碼體CK的一半，由此掃 描裝置的所述編碼體CK基本被完全包圍。部分l'和2'的各自的包圍角在 這里接近180°。這些部分也可以恰好包圍180°，由此盡管掃描裝置是兩 部分，但是它們完整地沿著圓周包圍編碼載體從而起到了整體掃描裝置 的作用。圖5D示出了另選的布置方式，它是圓筒形編碼體CK'，該圓筒 形編碼體CK'完整地包圍了內(nèi)部的掃描裝置F8。通過完整地集成編碼， 所述完整的包圍提高了測量的分辨率。
圖6A和圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的角度測量裝置的兩個(gè)實(shí)施例，通 過這些實(shí)施方式，能夠確定在相應(yīng)的承座中的球形萬向節(jié)的角位置。在 圖6A中，球形萬向節(jié)G被實(shí)施為編碼載體，并且具有多個(gè)薄膜帶FZ的 承座LA被實(shí)施為掃描裝置，這些薄膜帶FZ相應(yīng)地沿著圓周基本包圍球 形萬向節(jié)。在圖6B中，承座LA'為編碼載體，而被薄膜帶FZ'包圍的球 頭G'為掃描裝置。各個(gè)薄膜帶當(dāng)然也可以沿著另選的或者附加的圓周布 置(例如橫向于相應(yīng)示出的方向)。
帶有掃描薄膜元件的球形萬向節(jié)的實(shí)施方式也可以通過具有槽狀凹 部的球形萬向節(jié)來實(shí)現(xiàn)，其中薄膜元件被置入所述凹部中。同樣，編碼 元件也能夠被深度錯(cuò)開地布置。具有薄膜元件或者編碼元件的承座的實(shí) 施方式可以通過相似的方式和方法完成。通過這種實(shí)施方式，可以避免 薄膜元件和編碼元件的支承摩擦。
權(quán)利要求
1.一種光電式角度測量裝置，該光電式角度測量裝置用于確定圍繞至少一個(gè)軸(A，A1，A2，A3)的至少一個(gè)角度，該光電式角度測量裝置包括在軸(A，A1，A2，A3)周圍的編碼載體，該編碼載體承載了可被光學(xué)地檢測的位置編碼(C1，C2，C3)；以及光敏的帶狀或者面狀形式的至少一個(gè)掃描裝置，借助所述掃描裝置可以檢測所述位置編碼(C1，C2，C3)，并且可以生成與位置相關(guān)的掃描信號，所述掃描信號與所述編碼載體和所述掃描裝置之間的角度相關(guān)聯(lián)；其特征在于，所述掃描裝置沿著所述編碼載體的至少一個(gè)周邊基本完整地包圍所述編碼載體，或者所述編碼載體沿著所述掃描裝置的至少一個(gè)周邊基本完整地包圍所述掃描裝置，并且所述掃描裝置特別被構(gòu)造為整體件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電式角度測量裝置，其特征在于，所述 掃描裝置具有多個(gè)例如光電二極管或者光電管的有機(jī)光電檢測器。
3，根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電式角度測量裝置，其特征在于，所述 掃描裝置具有有機(jī)光電二極管區(qū)和相重疊的有機(jī)晶體管區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于，所述掃描裝置被構(gòu)造為柔性的掃描膜(Fl， F2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于，設(shè)置有多個(gè)、特別是橫向于周向相互間隔布置的掃描裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于，所述位置編碼(C1,C2,C3)被施加到所述編碼載體的側(cè)表面(M， Ml) 上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于，所述位置編碼被實(shí)施為增量編碼或絕對編碼。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在于，所述位置編碼被實(shí)施為螺旋形的編碼(C3)，所述螺旋形的編碼(C3) 環(huán)繞所述軸并且沿著所述軸延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于， 一種用于直接和/或間接地照亮所述編碼載體的光學(xué)照明裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電式角度測量裝置，其特征在于，所述 照明裝置具有一個(gè)或者多個(gè)例如發(fā)光二極管(D)的光源。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的光電式角度測量裝置，其特征在于， 所述照明裝置如此布置所述編碼載體可以從內(nèi)側(cè)或者從外側(cè)被照亮。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的光電式角度測量裝置，其特征在 于，所述位置編碼被實(shí)施為自照明的編碼。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電式角度測量裝置，其特征在于，所 述位置編碼具有多個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的光電式角度測量裝置在大地測 量裝置中的應(yīng)用。
15. —種掃描膜在光電式角度測量裝置中作為掃描裝置的應(yīng)用，所述 掃描膜被構(gòu)造為塑料膜，并且該掃描膜具有有機(jī)光電檢測器區(qū)和相重疊 的有機(jī)晶體管區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電式角度測量裝置，其包括具有可被光學(xué)檢測的位置編碼(C1)的編碼載體；還包括光敏的帶狀或面狀形式的掃描裝置，該掃描裝置用于檢測所述位置編碼(C1)并生成與位置相關(guān)的掃描信號。特別是被構(gòu)造為掃描膜(F1)的所述掃描裝置沿周邊基本完全包圍所述編碼載體，或者所述編碼載體沿著周邊基本完全包圍所述掃描裝置。由于大部分位置編碼(C1)，尤其是全部位置編碼(C1)能夠被檢測，因此提供了一種極為精確的角度測量裝置。
文檔編號H01L27/30GK101300462SQ200680041192
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者伯恩哈德·布勞內(nèi)克, 海因茨·利普納, 貝亞特·埃比舍爾 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司