ES2622492T3 - Dispositivo de medición de posición óptica - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición de la posición para la detección de la posición relativa de una unidad de exploración (20) así como de una división de medición (111) móvil con relación a ella en al menos una dirección de medición (x), en el que la unidad de exploración (20) comprende una fuente de luz (21), al menos una rejilla de exploración (24), una disposición de detector (26) así como una estructura de atenuación (25; 125; 125'; 225), a través de la cual se ajusta la intensidad de la luz sobre la disposición de detector (26), y en el que la rejilla de exploración (24) y la estructura de atenuación (25; 125; 125'; 225) están dispuestas sobre el lado delantero y el lado trasero de un elemento de soporte transparente (23.1) en la trayectoria de los rayos de exploración, caracterizado por que a través de la estructura de atenuación (25; 125; 125'; 225) se realiza un ajuste selectivo de la intensidad de la luz sobre la disposición de detector (26), de tal manera que resulta una reducción de la intensidad sobre la disposición de detector (26) y al mismo tiempo se influye en la menor medida posible sobre la trayectoria de los rayos de exploración ópticos para la generación de señales de posición en función del desplazamiento sobre la estructura de atenuación (25; 125; 125'; 225) y en el que la estructura de atenuación (25; 125; 125'; 225) está configurada como división de rejilla, cuyas zonas parciales lineales (25.1; 125.1; 125.1'; 225.1) transparentes a la luz están dispuestas perpendicularmente a la división de medición (11) en la trayectoria de los ratos de exploración
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo de medicion de posicion optica
La presente invencion se refiere a un dispositivo de medicion de posicion optica de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Un dispositivo de medicion de posicion optica del tipo indicado al principio se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 0 608 209 A2. Este comprende, ademas, de una division de medicion, una unidad de exploracion desplazable a este respecto relativamente en al menos una direccion de medicion. Por parte de la unidad de exploracion, estan previstas una fuente de luz; al menos una rejilla de exploracion as! como una disposicion de detector, que esta constituido por varios fotoelementos. Por lo demas, por parte de la unidad de exploracion, esta dispuesta una llamada instalacion de gula optica o bien estructura de atenuacion, que esta constituida por una division de rejilla, que esta orientada perpendicularmente a las otras rejillas en la trayectoria de los rayos de exploracion. Con la ayuda de la division de rejilla adicional se puede ajustar de manera selectiva en este dispositivo de medicion de la posicion la intensidad de la luz, que incide sobre la disposicion de detector. Tal ajuste de la intensidad de la luz que incide sobre la disposicion de detector puede ser necesario, por ejemplo, cuando deben emplearse Opto-ASICs normalizados en las unidades de exploracion de diferentes dispositivos de medicion de posicion optica. A este respecto, puede aparecer el caso de que el Opto-ASIC optimizado para una primera categorla de dispositivos de medicion de posicion optica no se revele como optimo para otras categorlas de dispositivos de medicion de posicion optica. Asl, por ejemplo, es concebible que la intensidad que incide sobre la disposicion de detector del Opto-ASIC sea de diferente altura en los diferentes dispositivos de medicion de la posicion. Por medio de la estructura de atenuacion, configurada como division de rejilla adicional, - como se propone en el documento EP 0 608 209 A2 - se puede amortiguar entonces la intensidad demasiado alta de la senal en el lado de la disposicion de detector. En virtud de la otra orientacion de esta division de rejilla, la entrada de los rayos de exploracion propiamente dicha para la generacion de las senales de exploracion en funcion del desplazamiento permanece en gran medida inalterada. Sin embargo, a partir del documento EP 0 608 209 A2 no se deduce como y donde se dispone tal estructura de atenuacion en la trayectoria de los rayos de exploracion o bien en la unidad de exploracion de la manera mas adecuada y como se desconecta la estructura de atenuacion de la manera mas ventajosa.
El documento US5648658 publica un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con el estado de la tecnica.
El problema de la presente invencion es crear un dispositivo de medicion de la posicion del tipo mencionado arriba, que posibilita un ajuste flexible de la intensidad de la luz que incide sobre la disposicion de detector.
Existe problema se soluciona de acuerdo con la invencion por medio de un dispositivo de medicion de la posicion con las caracterlsticas de la reivindicacion 1.
Las formas de realizacion ventajosas de los dispositivos de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se deducen a partir de las medidas de las reivindicaciones dependientes.
En el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion esta previsto ahora que la rejilla de exploracion y la estructura de atenuacion esten dispuestas sobre el lado delantero y el lado trasero de un elemento de soporte transparente en le trayectoria de los rayos de exploracion.
A traves de la medida de acuerdo con la invencion se puede reducir especialmente el numero de los componentes necesarios en el dispositivo de medicion de posicion optica.
Por lo demas, es posible que la estructura de atenuacion posea una permeabilidad variable en funcion del lugar, de manera que sobre la disposicion de detector resulta una intensidad de la luz uniforme al menos en esta direccion.
Por lo tanto, a traves de estas medidas se puede asegurar que, por ejemplo, en el caso de una intensidad variable localmente, que resulta sin estructura de atenuacion, se pueda garantizar una distribucion de la intensidad en gran medida homogenea. Una distribution de la intensidad variable de este tipo puede resultar, por ejemplo, en conexion con fuentes de luz especiales, que poseen una curva caracterlstica de radiation determinada. La seguridad de la detection con respecto a la imagen que resulta en el plano de detection se puede elevar claramente de esta manera, puesto que con ello se consigue, mas alla de la disposicion de detector, una distribucion homogenea de la luz, con preferencia en la direccion de medicion. El procesamiento del patron de luz resultante en el plano de deteccion es entonces menos propenso a interferencias.
Con respecto al dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion existen multiples posibilidades de realizacion.
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De esta manera, la estructura de atenuacion se puede configurar como disposicion de zonas parciales transparentes a la luz sobre una capa opaca a la luz.
Ademas, es posible que la estructura de atenuacion este configurada como division de rejilla, en la que las zonas parciales transparentes a la luz estan dispuestas periodicamente sobre la capa opaca a la luz.
La division de rejilla de la estructura de atenuacion puede presentar en este caso tambien una o varias periodicidades, que son en cada caso claramente menores que la dilatacion de la disposicion de detector en una direccion perpendicular a la direction de medicion.
Por lo demas, la estructura de atenuacion puede estar constituida tambien por varias secciones dispuestas adyacentes en la direccion de medicion, que comprende, respectivamente, una division de rejilla dispuesta periodicamente en una direccion perpendicular a la direccion de medicion con zonas parciales lineales transparentes a la luz, que estan dispuestas periodicamente sobre la capa opaca a la luz sobre un elemento de soporte y en la que secciones adyacentes en la direccion de medicion poseen una periodicidad diferente.
En una variante posible del dispositivo de medicion de la position de acuerdo con la invention, los elementos estan dispuestos en una unidad de exploration, de tal manera que:
- los haces de rayos emitidos por la fuente de luz experimentan en primer lugar una colimacion sobre una lente colimadora,
- los haces de rayos colimados impulsan a continuation la division de medicion,
- los haces de rayos atraviesan a continuacion la rejilla de exploracion, el elemento de soporte y la estructura de atenuacion,
- y, por ultimo, impulsan la disposicion de detector, en la que se aplican entonces senales moduladas en funcion del desplazamiento para el procesamiento siguiente.
Otros detalles y ventajas de la presente invencion se explican con la ayuda de la description siguiente de ejemplos de realization de dispositivos de medicion de la posicion en conexion con las figuras. En este caso:
La figura 1 muestra una representation esquematica de la trayectoria de los rayos de exploracion de una primera variante del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
Las figuras 2a y 2b muestran el lado delantero y el lado trasero del elemento de soporte del ejemplo en la figura 1.
La figura 3 muestra una representacion esquematica de la trayectoria de los rayos de exploracion de una segunda variante del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
La figura 4a muestra el patron luminoso que resulta en conexion con una fuente de luz determinada en el plano de detection de un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la figura 3 sin la utilization de una estructura de atenuacion.
La figura 4b muestra una vista de una forma de realizacion adecuada de una estructura de atenuacion.
La figura 4c muestra el patron luminoso resultante en el plano de deteccion de un dispositivo de medicion de la posicion segun la figura 3 utilizando una estructura de atenuacion segun la figura 4b.
La figura 5a muestra el patron luminoso que resulta en conexion con otra fuente luminosa en el plano de deteccion de un dispositivo de medicion de la posicion segun la figura 3 sin la utilizacion de una estructura de atenuacion.
La figura 5b muestra una vista de otra forma de realizacion de una estructura de atenuacion.
La figura 5c muestra el patron luminoso que resulta en el plano de deteccion de un dispositivo de medicion de la posicion segun la figura 3 utilizando una estructura de atenuacion segun la figura 5b.
La figura 6 muestra otra vista de una forma de realizacion de una estructura de atenuacion adecuada.
Las figuras 7a y 7b muestran, respectivamente, otra vista de una forma de realizacion de una estructura de atenuacion adecuada configurada radial.
En la figura 1 se representa en forma esquematica la trayectoria de los rayos de exploracion de una primera variante del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion.
En el presente ejemplo, el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion comprende una unidad de exploracion 20, que esta dispuesta movil al menos en la direccion de medicion x frente a una incorporation de medicion 10 con una division de medicion 11. La direccion de medicion x esta orientada, como se indica en la figura, perpendicularmente al plano del dibujo. La incorporacion de medicion 10 y la unidad de exploracion 20 estan conectadas, por ejemplo, con dos objetos dispuestos desplazables entre si en la direccion de medicion x, tal vez dos partes de la maquina moviles una con relation a la otra. Por medio de las senales de posicion dependientes del desplazamiento del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, una unidad de control de orden superior - no mostrada - puede controlar adecuadamente de una manera conocida el movimiento de estas partes de la maquina.
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La division de medicion 11 esta configurada en el ejemplo representado como division de medicion por reflexion que se extiende linealmente en la direction de medicion x sobre un cuerpo de soporte 12, que comprende zonas de division dispuestas periodicamente con diferentes propiedades de reflexion. Las zonas de division en forma de trazos se extienden en la direccion-y indicada, es decir, en el plano de division de medicion perpendicularmente a la direccion de medicion x. La division de medicion 11 puede estar configurada de acuerdo con el principio de exploration de manera conocida como rejilla de amplitudes o, en cambio, como rejilla de fases.
En el lado de la unidad de exploracion 20, para la generation de las senales de position dependientes del desplazamiento en una carcasa adecuada estan dispuestas una fuente de luz 21, una optica de colimacion 22, una placa de exploracion 23 as! como una disposition de detector 26. Como fuente de luz 21 esta previsto en este ejemplo un LED. La placa de exploracion 23 esta constituida en el ejemplo representado por un elemento de soporte transparente 23.1, por ejemplo configurada como placa de vidrio. Sobre el lado delantero o bien el lado inferior del elemento de soporte 23.1, que esta dirigido hacia la division de medicion 11, esta dispuesta una rejilla de exploracion 24. Sobre el lado trasero o bien el lado superior, opuestos a aquel, del elemento de soporte 23.1, que esta dirigido hacia la disposicion de detector 26, esta dispuesta de acuerdo con la invencion una estructura de atenuacion 25, cuya funcion y configuration concreta se explican en detalle todavla a continuation.
La rejilla de exploracion 24 esta constituida por una disposicion periodica de zonas de division con diferentes transparencias opticas. Las zonas de division de la rejilla de exploracion 24 estan configuradas de la misma manera en forma de trazos y se extienden en la direccion-y indicada, es decir, perpendicularmente a la direccion de medicion x. La rejilla de exploracion 24 esta orientada, por consiguiente, en la trayectoria de los rayos de exploracion de la misma manera que la division de medicion 11. De acuerdo con el principio de exploracion utilizado para la generacion de las senales de posicion en funcion del desplazamiento, la rejilla de exploracion 24 puede estar configurada como rejilla de amplitudes o, en cambio, como rejilla de fases.
Los haces de rayos emitidos por la fuente de luz 21 y colimados por la optica de colimacion 22 interaction de manera conocida con la division de medicion 11 y con la rejilla de exploracion 24, de manera que a traves de los elementos de detector de la disposicion de detector 26 se pueden generar senales de posicion moduladas en funcion del desplazamiento. A traves de la configuracion o bien disposicion adecuada de la rejilla de exploracion 24 en forma de zonas de rejilla de exploracion desplazadas en una medida insignificante entre si, a las que se asocian en el lado del detector, respectivamente, elementos detectores determinados de la disposicion de detector 26, es posible generar senales de posicion desfasadas; normalmente en este caso esta previsto generar cuatro senales de posicion desfasadas 90°, que se pueden procesar posteriormente de manera conocida.
El Opto-ASIC utilizado en el lado de la disposicion de detector 26, que contiene, entre otras cosas, los elementos detectores as! como otros componentes para el procesamiento de senales, se puede emplear en los mas diferentes dispositivos de medicion de la posicion, que utilizan diferentes principios de exploracion optica. Esto tiene como consecuencia que en varios principios de exploracion, la intensidad de la luz que incide sobre la disposicion de detector puede ser demasiado alta. Por este motivo, en el presente ejemplo de realization de un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, esta previsto disponer sobre la placa de exploracion 23 la estructura de atenuacion 25, a traves de la cual se puede ajustar de manera selectiva la intensidad de la luz sobre la disposicion de detector 26. La estructura de atenuacion 25 reduce, por lo tanto, la intensidad en otro caso demasiado alta, que resultarla en el presente principio de exploracion o bien de la fuente de luz 21 utilizada aqul en otro caso sobre la disposicion de detector 26.
De acuerdo con la invention, la estructura de atenuacion 25 en esta variante esta dispuesta sobre una superficie libre de un componente optico en la trayectoria de los rayos de exploracion, a saber, sobre el lado trasero no utilizado en otro caso del elemento de soporte 23.1 de la placa de exploracion 23, que esta dirigida hacia la disposicion de detector. Por consiguiente, no es necesario prever para la estructura de atenuacion 25 otro componente, que es costoso de montar y de ajustar, respectivamente, en el transcurso de la fabricacion del dispositivo de medicion de la posicion. La estructura de atenuacion 25 esta constituida en el ejemplo representado por una division de rejilla en forma de una rejilla de amplitudes, que comprende zonas parciales 25.1 transparentes a la luz, configuradas de forma lineal, que estan configuradas periodicamente en la capa opaca a la luz; la capa opaca a la luz esta constituida, por ejemplo, del llamado cromo negro. Ademas de la configuracion de las zonas parciales 25.2 opacas a la luz en forma de capas totalmente absorbentes, estas zonas parciales 25.2 estan configuradas como pilas de capas de interferencia conocidas, en las que despues de reflexion multiple no se deja pasar ya mas luz. En todos los casos resulta una division de rejilla, que esta constituida, respectivamente, por zonas parciales 25.1 transparentes a la luz de forma lineal y zonas parciales 25.2 opacas a la luz. Como se deduce a partir de la figura 1, las zonas parciales 25.1, 25.2 de forma lineal de la estructura de atenuacion 25 se extienden en la direccion de medicion x, de manera que la disposicion periodica de las mismas esta prevista en direccion-y. La periodicidad de la estructura de atenuacion configurada como division de rejilla se designa en la figura 1 con la magnitud P y se extiende sobre la anchura de zonas parciales 25.1, 25.2 transparentes y opacas a la luz vecinas en la direccion de disposicion y; en el ejemplo de realizacion representado se selecciona la periodicidad P = 175 pm y la transmision T
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= L/P = 0,33 para garantizar la reduction de la intensidad deseada sobre la disposition de detector 26; L indica en este caso la anchura de las zonas parciales 25.1 transparentes a la luz. La reduccion de la intensidad pretendida se ajusta en este caso, en principio, sobre la relation de la superficie absorbente de la estructura de atenuacion 25 respectiva con respecto a la superficie total del lado trasero del elemento de soporte 23.1 de la placa de exploration 23, es decir, sobre la relacion de la superficie ocupada a traves de las zonas parciales 25.2 opacas a la luz con respecto a la superficie total.
Cuando la estructura de atenuacion 25 de acuerdo con la invention se configura, como en el presenta caso como division de rejilla y esta dispuesta orientada perpendicularmente a las otras rejillas, entonces se ha revelado que es ventajoso, tanto en este ejemplo como tambien en los ejemplos siguientes, ademas, que la periodicidad P de la division de rejilla respectiva se seleccione claramente menor que la dilatation de la disposicion de detector (si esta presente en forma de una estructuracion inferior) perpendicularmente a la direction de medicion, es decir, en direccion-y. La periodicidad P de la division de rejilla se selecciona en este caso en una forma de realization posible aproximadamente el factor 10 menor que la dilatacion de un elemento detector en direccion-y. Ello se debe a que entonces se puede conseguir la mayor homogeneizacion posible de la intensidad de la iluminacion en esta direccion. En el caso de disposicion igualmente posible de una division de rejilla en la misma orientation en las otras rejillas en la trayectoria de los rayos de exploracion, en este caso habrla que tener en cuenta naturalmente la dilatacion de los elementos detectores en la direccion de medicion, etc.
Por lo demas, es favorable que las zonas parciales 25.2 opacas a la luz de la estructura de atenuacion 25 sean optimizadas con respecto a la transition sustrato - aire, cuando, como esta previsto en la figura 1, los haces de rayos de exploracion atraviesan en primer lugar la rejilla de exploracion 24 y solamente entonces inciden sobre la estructura de atenuacion 25 o bien sobre la division de rejilla correspondiente. Esto se aplica especialmente cuando los haces de rayos no atraviesan perpendicularmente el elemento de soporte 23.1 en la trayectoria de los rayos de exploracion, sino que se extiende inclinados como se muestra en la figura 1. En este caso, podrlan aparecer, dado el caso reflejos de zonas parciales 25.2 opacas a la luz, que podrlan repercutir despues de reflexiones multiples, dado el caso, de manera no deseable sobre la trayectoria de los rayos de exploracion y podrlan tener como consecuencia una reduccion del grado de modulation de las senales de position. En el marco de tal optimization se ajuste tal vez el espesor de capa de las zonas parciales opacas a la luz 25.2 teniendo en cuenta la longitud de onda y el angulo de incidencia, de manera que se reducen al mlnimo las reflexiones.
Las zonas parciales 25.1 transparentes a la luz de forma lineal de la division de rejilla estan dispuestas en esta variante del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion perpendicularmente a la division de medicion 11 as! como -en el presente ejemplo de realizacion - perpendicularmente a la rejilla de exploracion 24 en la trayectoria de los rayos de exploracion, es decir, perpendicularmente a otras divisiones o bien rejillas en la trayectoria de los rayos de exploracion. Esta disposicion de la estructura de atenuacion 25 configurada como division de rejilla tiene como consecuencia que la trayectoria optica propiamente dicha de los rayos de exploracion para la generation de senales de posicion en funcion del desplazamiento es influenciada en la menor medida posible.
En la figura 2a se representa una vista fragmentaria del lado delantero de la placa de exploracion 23, sobre la que esta dispuesta la estructura de exploracion 24; la figura 2b muestra un fragmento del lado trasero de la placa de exploracion con la estructura de atenuacion 25 dispuesta encima en forma de una division de rejilla con zonas parciales 25.1 transparentes a la luz y zonas parciales 25.2 opacas a la luz.
En principio, la action de atenuacion necesaria se ajusta a traves de la estructura de atenuacion 25 respectiva sobre la relacion de la superficie total de las zonas parciales 25.1 transparentes a la luz respecto de la superficie total de la estructura de atenuacion 25, es decir, en ultimo termino sobre la selection adecuada de la transmision T de la estructura de atenuacion 25. En el caso de una reduccion necesaria de la intensidad de la senal sobre la disposicion de detector al 80 %, debe ajustarse entonces la relacion correspondiente al 80 %, etc.
En la primera variante explicada de un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion, la estructura de atenuacion 25 esta constituida, como se ha explicado, por zonas parciales 25.1 transparentes a la luz de forma lineal sobre una capa en otro caso opaca a la luz. Evidentemente, sin embargo, tambien es posible de manera alternativa a ello, prever para las zonas parciales transparentes a la luz prever otras geometrlas en la capa opaca a la luz. Por ejemplo, la estructura de atenuacion podrla estar constituida tambien por una pluralidad de zonas parciales transparentes a la luz, configuradas de forma circular sobre una capa opaca a la luz, que estan dispuestas distribuidas de manera adecuada. La distribution de las zonas parciales transparentes a la luz se puede realizar en este caso tanto regularmente como tambien irregularmente. Ademas, de manera alternativa a las zonas parciales de forma circular tambien se pueden realizar, naturalmente, todavla otras geometrlas posibles para las zonas parciales transparentes en el marco de la presente invencion.
Una segunda variante de un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion se representa en la figura 3; la figura 3 muestra en este caso de forma muy esquematica la trayectoria de los rayos de exploracion de esta variante, que se diferencia de la primera variante.
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Ademas, el dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion comprende una unidad de exploracion 120, que esta dispuesta movil al menos en la direccion de medicion x frente a una incorporacion de medicion 110 con una division de medicion 111. La division de medicion 111 dispuesta sobre un cuerpo de soporte 112, por ejemplo un sustrato de acero, esta configurada, como en la variante anterior como division de medicion por reflexion.
De la unidad de exploracion 120 se muestran en la representacion muy esquematica de la figura 3 de nuevo solo los elementos que son necesarios para la explicacion de la presente invencion.
Por parte de la unidad de exploracion 120, sobre una pletina de soporte 127 esta emplazada una disposicion de detector 126. La disposicion de detector 126 sirve para la exploracion de un patron de franjas en el plano de deteccion y para la generacion de senales de posicion. El patron de franjas en el plano de deteccion resulta a parti r de la exploracion optica de la division de medicion 111 sobre la incorporacion de medicion 110, es decir, a partir de la interaccion de los haces de rayos emitidos por la fuente de luz 121 con la division de medicion 111. A diferencia de la primera variante explicada anteriormente, en el presente principio de exploracion no esta prevista ninguna rejilla de exploracion separada en la trayectoria de los rayos de exploracion. La disposicion de detector 126, en cambio, esta constituida ahora por una matriz de detectores con una disposicion periodica en la direccion de medicion x de elementos detectores o bien fotodiodos. De esta manera, en esta configuration la disposicion de detector asume al mismo tiempo la funcionalidad de rejillas de exploracion y de elementos detectores.
Sobre la disposicion de detector 126 sobre lados de la unidad de exploracion 120 esta dispuesto en una zona central un sustrato de soporte transparente 128, por ejemplo configurado como sustrato de soporte de vidrio en forma de placa. Sobre el lado del sustrato de soporte 128 que esta dirigido hacia la division de medicion 111 funciona en el principio de exploracion seleccionado con preferencia una fuente de luz puntual como, por ejemplo, una llamada fuente de luz VCSEL (Vertical Cacity Surface Emitting Laser).
La superficie emisora de radiation de la fuente de luz 121 esta orientada en esta variante en la direccion del lado del sustrato de soporte 128 que esta alejado de la division de medicion. La fuente de luz 121 irradia, por lo tanto, fuera de la division de medicion 111.
Sobre el lado del sustrato de soporte 128, que esta alejado de la division de medicion 111 esta dispuesto un elemento de reflector optico 122, que esta configurado, por ejemplo, como estructura de rejilla integrada en el sustrato de soporte 128. Su funcionalidad optica en la trayectoria de los rayos de exploracion se explica todavla a continuation.
Los haces de rayos emitidos desde la fuente de luz 121 son desviados o bien son reflejados - como se deduce a partir de la figura 3 - por el elemento reflector 122 en la direccion de la division de medicion 111 y atraviesan a continuacion el sustrato de soporte 128 de nuevo en direccion inversa. Entonces los haces de rayos parciales llegan sobre la division de medicion 111 y son reflejados all! de nuevo en la direccion de la unidad de exploracion 120. Por parte de la unidad de exploracion 120, los haces de rayos parciales que proceden desde la division de medicion 111 llegan finalmente sobre la disposicion de detector 126 emplazada en el plano de deteccion y generan all!, en el caso del movimiento relativo de la unidad de exploracion 120 y de la incorporacion de medicion 110 o bien de la division de medicion 111 unas senales de posicion en funcion del desplazamiento. En este caso, sobre la trayectoria de los rayos de exploracion explicada y las interacciones que resultan en este caso de los haces de rayos parciales con la division de medicion 111 un patron de franjas periodico en el plano de deteccion. Este se modula en el caso del movimiento relativo de la unidad de exploracion 120 y de la incorporacion de medicion 110 en funcion del desplazamiento y se convierte a traves de la disposicion de detector 126 de manera conocida en varias senales incrementales desfasadas para el procesamiento siguiente.
Para el principio de exploracion utilizado de esta variante es decisivo que la fuente de luz 121 utilizada se disponga a ser posible en el plano de deteccion.
Solamente en este caso se puede garantizar la insensibilidad del patron de franjas periodico generado en el plano de deteccion desde la distancia de exploracion respectiva. A traves de un diseno selectivo de la trayectoria de los rayos de exploracion y especialmente a traves de la prevision del elemento reflector 122 mencionado se indica una posibilidad de solution ventajosa para el mantenimiento de este requerimiento. De esta manera, a traves de la integration del elemento r4eflector 122 en la trayectoria de los rayos de exploracion se puede conseguir que la fuente de luz 121 sea emplazada virtualmente en el plano de deteccion, mientras que este se dispone en realidad o bien realmente en otro lugar de la unidad de exploracion 120, a saber, como se muestra, por ejemplo, en la figura 3, sobre el lado del sustrato de soporte 128 dirigido hacia la division de medicion 111. Con respecto a otros detalles relacionados con la trayectoria de los rayos de exploracion de esta variante se remite, por ejemplo al documento DE 10 2006 021 017 A1 as! como al documento DE 10 2007 028 943 A1 de la solicitante.
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La estructura de atenuacion 125 necesaria para la adaptacion o bien para el ajuste de la intensidad sobre la disposicion de detector 126 esta dispuesta en esta variante en la trayectoria de los rayos de exploracion sobre aquel lado del sustrato de soporte 128, que esta orientado alejado de la division de medicion o bien dirigido hacia la disposicion de detector 126. Como se deduce a partir de la figura 3, la estructura de atenuacion 125 se encuentra en este caso inmediatamente delante de la disposicion de detector 126. Esto es ventajoso en tanto que de esta manera la accion de la estructura de atenuacion 125 afecta directamente a la distribucion de la luz sobre el detector.
En esta variante del dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion es decisiva ahora principalmente una configuration especial de la estructura de atenuacion 125. Mientras que en la primera variante explicada anteriormente sobre toda la superficie de la dispositivo de detector subordinada se ha asegurado una reduction de la intensidad uniforme en funcion del lugar, ahora esta previsto emplear un una estructura de atenuacion 125, que garantiza el menos en una direction una influencia de la intensidad o bien una reduccion de la intensidad variable en funcion del lugar con respecto a la intensidad de la radiation transmitida. A tal fin se configura la estructura de atenuacion 125 de tal forma que esta posee en al menos una direccion una transparencia variable en funcion del lugar. Con preferencia en este caso esta prevista al menos en la direccion de medicion x una transparencia variable de la estructura de atenuacion 125.
Una configuracion de este tipo de la estructura de atenuacion 125 es ventajosa en esta variante de un dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la invencion especialmente en virtud de la fuente de luz 121 utilizada. Esta esta configurada, como se ha mencionado anteriormente, como fuente de luz VCSEL y no proporciona, en virtud de su curva caracterlstica de radiacion, una intensidad de iluminacion suficientemente homogenea sobre la superficie sensible a la radiacion de la disposicion de detector 126. Mas bien, sin las medidas de acuerdo con la invencion resulta una intensidad creciente hacia fuera del patron luminoso sobre la disposicion de detector 126. Una vista en planta superior sobre el patron luminoso resultante o bien su distribucion de la intensidad en el plano de detection de la disposicion de detector 126 de la figura 3 sin la estructura de atenuacion de acuerdo con la invencion se muestra en la figura 4a en una representation muy esquematica. En particular, en la direccion de medicion x se puede constatar un incremento claro de la intensidad del patron luminoso desde una zona central a ambos lados hacia fuera. Esta variation de la intensidad repercute negativamente sobre la calidad de las senales de posicion generadas.
La figura 4b muestra en una vista en planta superior sobre la unidad de exploracion 120 un ejemplo de realization de una estructura de atenuacion 125 configurada de acuerdo con la invencion, que influye o bien atenua una distribucion de la intensidad variable de esta manera a lo largo de la direccion de medicion x en funcion del lugar. Finalmente resulta en el plano de deteccion un patron luminoso con una distribucion de la intensidad reducida de manera uniforme, al menos en la direccion de medicion x. Evidentemente tambien es posible, naturalmente, proveer la estructura de atenuacion a lo largo de varias direcciones con transparencias variables en funcion del lugar.
En principio, tal estructura de atenuacion 125 esta constituida, como ya en la primera variante, por una disposicion geometrica determinada de zonas parciales 125.1 transparentes a la luz sobre una capa por lo demas opaca a la luz, en la que se configuran entonces las zonas parciales 125.2 opacas a la luz. Las zonas parciales 125.1, 125.2 correspondientes se pueden configurar de nuevo de forma lineal, es decir, como divisiones de rejilla o, en cambio, pueden presentar otras geometrlas.
En el ejemplo de realizacion representado de la figura 4b esta prevista de nuevo una estructura similar a una division de rejilla como estructura de atenuacion 125. Esta comprende en la direccion de medicion x varias secciones A1 - A8 con divisiones de rejiklla de diferente periodicidad. En la zona central de la estructura de atenuacion 125, en la que esta presente segun la figura 4a ya una intensidad mas reducida del patron luminoso, no son necesarias divisiones de rejilla. A traves de la estructura de atenuacion 125 mostrada se realiza hacia fuera una atenuacion creciente, asegurando a traves de las diferentes divisiones de rejilla periodicas en las diferentes secciones A1 - A8 que se deje pasar cada vez medio luz en la direccion de la disposicion de detector 126 a traves de las zonas parciales no transparentes 1251.1. De esta manera, en las secciones A1 y A8 que estan en el exterior, la anchura de las zonas parciales opacas a la luz es claramente mayor que, por ejemplo, en las secciones centrales A4 y A5 etc.
Las zonas parciales 125.1 transparentes a la luz de forma lineal de las diferentes secciones A1 - A8 de la estructura de atenuacion 125 estan dispuestas, como en la primera variante, en este ejemplo de realizacion perpendicularmente a la division de medicion. Las zonas parciales 125.1 correspondientes se extienden lo mismo que las zonas parciales 125.2 opacas a la luz, por consiguiente, en direccion-x, es decir, perpendicularmente a la direccion-y, a lo largo de la cual se extienden las zonas parciales de la division de medicion. De esta manera, se garantiza una influencia optica lo mas reducida posible de la trayectoria de los rayos de exploracion.
Para el diseno de la transmision T(k), variable en funcion del lugar en esta variante, de la estructura de amortiguacion 125 se determina la intensidad minima I0, medida sobre la disposicion de detector 125, del patron luminoso. Cuando I(k) representa la intensidad del patron luminoso medida en el lugar k, resulta entonces la transmision T(k) necesaria en funcion del lugar de la estructura de atenuacion 125 en T(k) = I0 / I(k). Esto se aplica,
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en principio, cuando se consideran zonas mayores en direccion-k y se realiza una discretizacion de la transmision T(k) en funcion del lugar.
Por ultimo, en la figura 4c se muestra aquel patron luminoso resultante sobre la disposicion de detector 126, como resulta en conexion con una estructura de atenuacion de acuerdo con la invencion segun la figura 4b. A lo largo de la direccion de medicion x se garantiza ahora una intensidad homogenea y atenuada de manera constante del patron luminoso.
A continuacion se explica con la ayuda de las figuras 5a-5c el caso de otra distribution de la intensidad resultante sobre la disposicion de detector de una instalacion de medicion de la position segun la figura 3 y una estructura de atenuacion adecuada a tal fin.
Asl, por ejemplo, la figura 5a muestra de manera similar a la figura 4a una vista en planta superior sobre el patron luminoso resultante o bien su distribucion de la intensidad en el plano de detection de la disposicion de detector 126 de la figura 3. En virtud de la utilization de otra fuente de luz 121' que en la figura 4a se puede establecer ahora en virtud de la curva caracterlstica de radiation de las fuentes de luz en la direccion de medicion x una disminucion clara de la intensidad del patron luminoso desde una zona central en ambos lados hacia fuera.
Para asegurar de nuevo la distribucion homogenea de la intensidad pretendida sobre la disposicion de detector 126 al menos en la direccion de medicion x se emplea de acuerdo con la invencion una estructura de amortiguacion 125', como se muestra en la figura 5b de manera similar a la representation en la figura 4b. A traves de esta forma de realization de una estructura de atenuacion 125' de acuerdo con la invencion debe realizarse, por consiguiente, una atenuacion mas fuerte de la intensidad de la luz en la zona central de la disposicion de detector 126', hacia fuera es necesaria una atenuacion cada vez mas reducida, respectivamente. Como se deduce a partir de la figura 5b, tambien ahora esta prevista de nuevo una estructura similar a una division de rejilla como estructura de atenuacion 125'. Esta comprende en la direccion de medicion x varias secciones A1' - A7' con divisiones de rejilla de diferentes relaciones de trazo y hueco o bien con diferente transmision T. En la zona central de la estructura de atenuacion 125', es decir, en la section A4', en la que segun la figura 5a la intensidad del patron luminoso es maxima, esta prevista aquella division de rejilla periodica, que presenta la anchura maxima para zonas parciales 125.2' opacas a la luz o bien la anchura minima para zonas parciales 125.1' transparentes a la luz. A traves de la estructura de atenuacion 125' mostrada se realiza hacia fuera una atenuacion cada vez mas reducida, asegurando a traves de las diferentes divisiones de rejilla en las diferentes secciones A1' - A3' o bien A5' - A7' que se deje pasar mas luz en la direccion de la disposicion de detector 126 a traves de las zonas parciales 125.1' tranparente a la luz.
Las zonas parciales 125.1' transparentes a la luz, de nuevo de forma lineal, de las diferentes secciones A1' - A7' de la estructura de atenuacion 125' estan dispuestas, como en los ejemplos de realizacion anteriores, respectivamente, perpendiculares a la division de medicion. Las zonas parciales 125.1' correspondientes se extienden de la misma manera que las zonas parciales 125.2' opacas a la luz, por lo tanto, en direccion-x, es decir, perpendicularmente a la direccion-y, a lo largo de la cual se extienden las zonas parciales de la division de medicion.
El patron luminoso, que resulta con la ayuda de una estructura de atenuacion 125' configurada de esta manera sobre la disposicion de detector 126 se muestra en la figura 5c. A lo largo de la direccion de medicion x se garantiza de nuevo una intensidad homogenea y atenuada de manera uniforme del patron luminoso.
Otra configuration alternativa de una estructura de atenuacion se representa en la figura 6. Esta sirve de la misma manera para la atenuacion de un patron de la intensidad resultante sobre la disposicion de detector a lo largo de la direccion de medicion x, como se muestra en la figura 4a. En este caso, en la zona central de la disposicion de detector ya estaba presente una intensidad de la luz suficientemente reducida, solo en las zonas exteriores de la disposicion de detector debe reducirse esta todavla a traves de un diseno adecuado de una estructura de atenuacion.
La estructura de atenuacion 225 del ejemplo segun la figura 6 esta constituida por una disposicion en simetrla de espejo de zonas parciales 225.2 opacas triangulares dispuestas en forma de peine, que se estrechan en la direccion de la zona central de la disposicion de detector 226. De esta manera, se garantiza, como a traves de la estructura de atenuacion de la figura 4b, una distribucion uniforme de la intensidad sobre la disposicion de detector 226. Solamente la forma geometrica de las zonas parciales 225.1 transparentes a la luz y de las zonas parciales 225.1 opacas a la luz se diferencia del ejemplo anterior. A traves de la estructura de atenuacion 225 de la figura 6 se puede asegurar una modification especialmente uniforme de la atenuacion a lo largo de la direccion de medicion sin que resulten saltos bruscos de la misma.
Con la ayuda de las figuras 7a y 7b se explican finalmente otras estructuras de atenuacion, que poseen, respectivamente, una transparencia variable en funcion del lugar. Las estructuras de atenuacion 325, 425 indicadas de forma esquematica en estas figuras poseen, a diferencia de los ejemplos explicados hasta ahora, una configuracion simetrica radial. Por consiguiente, se lleva a cabo, ademas, una atenuacion selectiva de una
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distribucion de la intensidad incidente encima no solo a lo largo de una direction, por ejemplo a lo largo de la direction de medicion, sino mas bien una atenuacion en direccion radial alrededor de un centro de 360°. Las estructuras de atenuacion configuradas de esta manera son especialmente ventajosas cuando la distribucion de la intensidad a homogeneizar esta de la misma manera simetrica radial. Este es el caso, por ejemplo, en fuentes de luz en forma de punto, que poseen, en general, una curva caracterlstica de radiation simetrica radial de este tipo.
Las estructuras de atenuacion 325, 425 mostradas en las figuras 7a y 7b con simetrla radial se basa, en principio, de nuevo en divisiones de rejilla, que se configuran y se disponen de manera geometrica determinada El ejemplo de realization representado en la figura 7a de una estructura de atenuacion 325 posee en esta caso zonas parciales 325.2 transparentes a la luz de forma lineal, dispuestas radialmente en simetrla radial, que estan dispuestas alternando en la direccion circunferencial con las zonas parciales 325.1 opacas a la luz. La estructura de atenuacion 325 esta dividida en varias secciones dispuestas concentricamente, dentro de la cual se diferencian las periodicidades de las zonas parciales 325.1, 325.2 transparentes a la luz y opacas a la luz que estan dispuestas en cada caso periodicamente. La transparencia en las secciones concentricas se incrementa en este caso hacia fuera, en la zona del centro Z resulta una atenuacion completa, en virtud de la zona parcial totalmente opaca a la luz prevista alll.
En la estructura de atenuacion 425 representada en la figura 7b con simetrla radial, las zonas parciales 425.2 opacas a la luz y las zonas parciales 425.1 transparentes a la luz estan configuradas, respectivamente, como anillos concentricos alrededor del centro Z. La anchura de las zonas parciales 425.2 opacas a la luz, dispuestas en forma de clrculo se incrementa hacia fuera, en cambio, se reduce la anchura de las zonas parciales 425.1 transparentes a la luz, dispuestas en forma de clrculo, las anchuras de las diferentes zonas parciales 425.1, 425.2 varlan de esta manera en direccion radial. Resulta una atenuacion creciente hacia fuera de la intensidad de la luz, mientras que no se realiza ninguna atenuacion en una zona parcial interior central de la disposition de detector 426.
Como en los ejemplos explicados anteriormente, en las variables simetricas radiales de una estructura de atenuacion las zonas parciales respectivas transparentes a la luz estan configuradas en una capa por lo demas opaca a la luz.
En el marco de la presente invention existen, por lo tanto, multiples posibilidades para la configuration de estructuras de atenuacion adecuadas en la trayectoria de los rayos de exploracion de dispositivos de medicion de position optica. Las posibilidades explicadas con la ayuda de la description se pueden combinar en este caso evidentemente de manera adecuada segun las necesidades y se pueden adaptar a la situation respectiva.
Claims (7)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. - Dispositivo de medicion de la posicion para la detection de la position relativa de una unidad de exploration (20) as! como de una division de medicion (111) movil con relation a ella en al menos una direction de medicion (x), en el que la unidad de exploracion (20) comprende una fuente de luz (21), al menos una rejilla de exploracion (24), una disposition de detector (26) as! como una estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225), a traves de la cual se ajusta la intensidad de la luz sobre la disposicion de detector (26), y en el que la rejilla de exploracion (24) y la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) estan dispuestas sobre el lado delantero y el lado trasero de un elemento de soporte transparente (23.1) en la trayectoria de los rayos de exploracion, caracterizado por que a traves de la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) se realiza un ajuste selectivo de la intensidad de la luz sobre la disposicion de detector (26), de tal manera que resulta una reduction de la intensidad sobre la disposicion de detector (26) y al mismo tiempo se influye en la menor medida posible sobre la trayectoria de los rayos de exploracion opticos para la generation de senales de posicion en funcion del desplazamiento sobre la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) y en el que la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) esta configurada como division de rejilla, cuyas zonas parciales lineales (25.1; 125.1; 125.1'; 225.1) transparentes a la luz estan dispuestas perpendicularmente a la division de medicion (11) en la trayectoria de los ratos de exploracion.
- 2. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que- la fuente de luz, en virtud de su curva caracterlstica de radiation, no suministra ninguna intensidad de radiation suficientemente homogenea sobre la superficie sensible a la radiacion de la disposicion de detector y- a traves de la configuration de la estructura de atenuacion (125; 125'; 225) se asegura que en el plano de deteccion resulta un patron luminoso con una distribucion de la intensidad reducida y uniforme al menos a lo largo de la direccion de medicion (x).
- 3. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) esta configurada como disposicion de zonas parciales (25.1; 125.1; 125.1'; 225.1) transparentes a la luz sobre una capa opaca a la luz.
- 4. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) esta configurada como division de rejilla, en la que zonas parciales (25.1; 125.1; 125.1'; 225.1) transparentes a la luz estan dispuestas periodicamente sobre la capa opaca a la luz.
- 5. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado por que la division de rejilla de la estructura de atenuacion (25; 125; 125'; 225) presenta una o varias periodicidades (P), que son claramente menores que la dilatacion de la disposicion de detector (26) en una direccion perpendicular a la direccion de medicion (x).
- 6. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la estructura de atenuacion (125; 125') esta constituida de varias secciones (A1 - A8; A1' - A7') dispuestas adyacentes en la direccion de medicion (x), que comprenden, respectivamente, una division de rejilla dispuesta periodicamente en una direccion perpendicular a la direccion de medicion (x), que estan dispuestas periodicamente sobre la capa opaca a la luz sobre un elemento de soporte y en el que secciones (A1 - A8; A1' - A7') adyacentes en la direccion de medicion (x) poseen una periodicidad diferente.
- 7. - Dispositivo de medicion de la posicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que los elementos estan dispuestos en la unidad de exploracion (20) de tal forma que- los haces de rayos emitidos por la fuente de luz (21) experimentan en primer lugar un colimacion sobre una lente de colimacion (22),- los haces de rayos colimados impulsan a continuation la division de medicion (11),- los haces de rayos atraviesan a continuacion la rejilla de exploracion (24), el elemento de soporte (23.1) y la estructura de atenuacion (25),- y, por ultimo, impulsan la disposicion de detector (26), en la que se aplican entonces senales moduladas en funcion del desplazamiento para el procesamiento siguiente.
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