CN102768014A - 光学位置测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学位置测量装置，用于检测两个能相对彼此沿着至少一个测量方向运动的对象的位置。其一方面包括量具，与两个对象之一连接并具有在测量方向上延伸的增量刻度。设有扫描单元，与两个对象中另一个连接并包括光源、光栅和探测器布置。其包括布置在探测平面中的探测器元件的组，在两个对象相对运动时能通过探测器元件由对探测平面中得到的周期性条纹图案进行的扫描来产生多个与位置相关的、相移的扫描信号；具有相同相位扫描信号的探测器元件分别形成一个组。一个组的探测器元件的总面积与每个其它组的探测器元件的总面积一致；其面积重心与每个其它组探测器元件的面积重心一致。在探测器元件的感光面的前方布置周期性挡板结构。

Description

光学位置测量装置

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量装置。

背景技术

已知的用于检测两个能相对彼此沿着至少一个测量方向运动的对象的位置的光学位置测量装置由量具（它与其中一个对象连接）、以及扫描单元（它与两个对象中的另一个连接）组成。在此，量具包括在测量方向上延伸的增量刻度；扫描单元具有光源、一个或者多个光栅以及探测器布置。在探测器布置的一侧上设有多个布置在一个探测平面中的探测器元件的组。在两个对象相对运动的情况下，能通过这些探测器元件由对探测平面中得到的周期性条纹图案进行的扫描来产生多个与位置相关的、相移的扫描信号。具有相同相位扫描信号的探测器元件分别形成一个组。典型地，为了进行所谓的单区域扫描以用于在条纹图案的一个周期内产生四个分别以90°相移的扫描信号，在探测器布置中设有四个优选为矩形的探测器元件。即使在不理想的运行条件下，例如在偶然弄脏了所扫描的量具的情况下，这种单区域扫描也被证明是有利的，这是因为仅会对扫描信号的理想信号形式造成微小的损害。

随着这种位置测量仪器的解析率越来越高，在探测平面内形成的条纹图案的周期越来越小。就探测器元件而言，另一方面还存在其最小可能的宽度的技术性限制。当相邻探测器元件之间设有的间距为5μm，并且探测器元件的最小可能的宽度为5μm时，于是不再能通过这种传统的单区域扫描技术对小于40μm的条纹图案周期进行扫描。此外，在探测器元件的结构越来越小的情况下，边缘电容在各探测器元件的总工作能力中所占份额越来越高。因此产生的问题的是，也要为高解析率的光学位置测量装置提出合适的措施，使得即使在不理想的运行条件下也能够确保良好的信号质量。

为了解决这个问题已知的是，在探测器布置的前方设计挡板结构，该挡板结构具有周期性布置的透光区域，其周期小于单个探测器元件在测量方向上的延伸长度。例如在J.Carr以及其他人员的关于精度工程学33（2009）S.263-267的标题为“用于超精准计量系统的微型光学编码器”（miniaturised optical encoder for ultra precision metrology systems）的公开文献中的图2和图3上所示的那样。然而这种做法的问题在于，当探测器元件很小的时候，挡板结构必须参照探测器元件高度精准地对准方向。否则得到的扫描信号具有较差的质量，也就是说调制度更低，并且因此信号振幅更小。与之相反地，在探测器元件较大的情况下，对挡板结构的调校不那么严苛，但是在不理想的运行条件下却不再能确保良好的信号质量。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高解析度的光学位置测量装置，它即使在组件扫描发射路径中的相互朝向不理想、或者运行条件不理想时，也能够尽可能地确保所得到的扫描信号的质量。

该目的通过一种具有权利要求1所述特征的位置测量装置得以实现。

根据本发明的光学位置测量装置的有利的实施方式由从属权利要求中的措施中得出。

根据本发明的用于检测两个能相对彼此沿着至少一个测量方向运动的两个对象的位置的光学位置测量装置一方面包括量具（它与两个对象中的一个连接），并且具有在测量方向上延伸的增量刻度。此外，位置测量装置包括扫描单元，该扫描单元与两个对象中的另一个连接，并且具有光源、一个或者多个光栅以及探测器布置。探测器布置包括多个布置在一个探测平面中的探测器元件的组，在两个对象相对运动的情况下，能通过这些探测器元件由对探测平面中得到的周期性条纹图案进行的扫描来产生多个与位置相关的、相移的扫描信号。具有相同相位扫描信号的探测器元件分别形成一个组。其中，一个组的探测器元件的总面积与每个其它组的探测器元件的总面积一致。此外，一个组的探测器元件的面积重心与每个其它组的探测器元件的面积重心一致。在探测器元件的感光面的前方布置了周期性的挡板结构。

优选地，周期性挡板结构由至少在测量方向上交替布置的透光及不透光区域组成，其周期小于探测器元件在测量方向上的延伸长度。

此外有可能的是，

-配属于一组探测器元件的挡板结构的透光区域的总面积与配属于每个其它组的探测器元件的挡板结构的透光区域的总面积一致，并且

-配属于一组探测器元件的挡板结构的透光区域的面积重心与配属于每个其它组的探测器元件的挡板结构的透光区域的面积重心一致。

此外还可以设计的是，

-不同组的探测器元件的二阶的面灵敏度矩

的三个分量还具有相同值，并且

-配属于不同组的探测器元件的挡板结构的透光区域的该二阶的面灵敏度矩的三个分量具有相同值。

最后，可能的是，

-不同组的探测器元件的所有其它面灵敏度矩还具有相同值，并且

-配属于不同组的探测器元件的挡板结构的透光区域的所有其它面灵敏度矩还具有相同值。

在此可以设计为，

-挡板结构设计为扫描板上的光栅，并且该扫描板布置在扫描单元中的探测器布置的上方，或者

-挡板结构设计为这些探测器元件上的具有透光区域的金属化层。

有利地，挡板结构在测量方向上的延伸长度根据d=1/3·P_D或者根据d=1/4·P_D进行选择，其中

d：=挡板结构在测量方向x上的宽度，

P_D：=挡板结构的透光区域的周期。

还有可能的是，根据加权函数，仅在探测器元件的一部分上布置挡板结构。

其中，挡板结构仅布置在探测器布置的探测器元件上，这些探测器元件共同近似地构成方形区域。

此外，探测器布置可以设计为圆形区段的形式并且包括多个圆形扇段，在该圆形扇段中，分别将多个探测器元件在径向上相邻地布置在多个圆环形的线路（Spuren）中。

在此特别地，探测器布置可以设计为半圆形。

还可以设计为，产生相同相位的扫描信号的相邻线路的探测器元件通过对角延伸的接触连接装置相互电连接。

此外，来自一组的探测器元件可以在圆形区段形式的探测器布置的末端边缘上通过接触连接装置与布置在后方的信号处理元件相连。

优选地，探测器布置与扫描单元中的光源相邻地布置，其中，在探测平面中布置了防护二极管，该防护二极管封闭地包围住光源。

最后还有可能的是，探测器元件的径向最内部线路的几何构造不同于在径向方向上相邻的线路的几何构造。

作为根据本发明的高解析度的位置测量装置的重要优点，要提出的是，即使在不理想的运行状态下也能够确保所产生的扫描信号的优良质量。于是一方面使得相对于被扫描量具的偶然弄脏状况非常不敏感；另一方面使得整个系统也非常不易受影响，即使在扫描发射路径中或者扫描单元中的组件的组装情况不理想的情况下，或者在位置测量装置的安装情况不理想的情况下也是这样。

此外还使得探测器元件中的边缘电容更小，这导致扫描信号可能具有更大的带宽或者噪声更小。

根据本发明的措施不仅可以用在旋转的位置测量装置中也可以用在线性的位置测量装置中。

附图说明

本发明的其它优点以及细节借助附图从下面对多个实施例的描述中得出。

在此示出：

图1根据本发明的光学位置测量装置的一个实施方式的高度示意性示图；

图2根据图1的位置测量装置的被扫描的量具的俯视图；

图3根据图1的位置测量装置的探测器布置的俯视图；

图4用于阐述探测器布置的根据本发明的构造方式的高度简化示意性示图；

图5具有挡板结构的根据图3的探测器布置的部分视图；

图6不具有挡板结构的根据图3的探测器布置的部分视图；

图7一种探测器布置的部分视图，这种探测器布置适用于根据本发明的光学位置测量装置的另一种实施方式。

具体实施方式

在图1至3中，以高度示意化的部分视图示出了根据本发明的光学位置测量装置的一种设计为透光系统的实施方式。图1示出侧剖面图，图2示出被扫描的量具的俯视图，并且图3示出扫描单元中的探测平面的俯视图。

根据本发明的用于检测两个能相对彼此沿着至少一个测量方向x运动的对象的位置的光学位置测量装置包括量具10以及扫描单元20。该量具10和扫描单元20与两个（图中未示出的）对象连接。这些对象例如可以是能相对彼此运动的机器组件。在这些机器组件移动的情况下，通过根据本发明的光学位置测量装置产生位置信号，该位置信号由布置在后方的机器控制装置进一步加工处理。

在所示实施例中示出了一种线性的位置测量装置，也就是说，量具10和扫描单元20沿着提供的线性测量方向x相互移动地布置。

在本实施例中，量具10包括支架11，在支架上布置了在测量方向x上延伸的增量刻度12。该增量刻度12由具有不同的相移的效果的、交替地在测量方向x上布置的划线形式的刻度区域构成，它们在图2中以明暗的形式示出；据此，增量刻度设计为相位光栅，并且在一种可能的实施方式中具有180°的相位偏移。增量刻度12的刻度区域布置为在测量方向x上周期性地具有刻度周期TP_INC。

正如从图2中可以看出的那样，在所示实施例中的量具10的侧面上，在所示的y方向上相邻于具有增量刻度12的线路设有具有至少一个基准标记13的另一个线路。该基准标记13由具有不同的相移效果的刻度区域的非周期性布置构成，并且用于在至少一个已知的沿着测量路段的基准位置上产生基准信号。这样就可以以已知的方式和方法为高解析度的增量扫描信号实现一种绝对基准，这些扫描信号从对增量刻度12的扫描中得出。产生至少一个基准信号的具体方式和方法对于本发明不是进一步重要的，为此可以采用不同的基准标记扫描变化方案。

在扫描单元20一侧上，在支架元件21上布置了光源23，该光源朝量具10的方向上发光。在本实施例中，在光源23和量具10之间未设有准直的光学元件，也就是说，光源23（例如设计为LED）在朝量具10的方向上发散地发射光。由于这种光源发射特性，在扫描单元10的探测平面中形成一种不均匀的、但是在径向上对称的强度分配。在所示实施例中，光源23布置在薄片形式的传感器模块22的空腔22.1中；它在下面也被称为光源空腔22.1。光源空腔22.1在此可以或者仅设计为传感器模块22中的凹处，或者如图1中所示的那样设计为传感器模块22的完全开口或者金字塔底座形式的穿透蚀刻部分。由于沿着传感器模块22中的晶面（Kristallebenen）实现蚀刻，光源空腔22.1在探测平面内形成方形的横截面。围着该光源空腔22.1的方形穿透蚀刻部分或者围绕着光源23，在探测平面中的传感器模块22的上侧上布置了封闭地包围住光源空腔22.1的防护二极管22.2。通过该防护二极管22.2可能会吸收在那里产生的载流子，并且这样就防止了对相邻探测器布置27的串扰，并且这样产生的扫描信号具有更小的调制度(Modulationsgrad)。

在传感器模块22的朝向量具10的上侧上，垂直于测量方向x（也就是在所给出的y方向上），在探测平面中相邻于光源空腔22.1的地方，在一侧安放了用于扫描增量刻度12的探测器布置27，并且在另一侧安放了用于扫描基准标记13的基准标记探测器28；因为后者不是本发明的对象，所以它在图3中仅示意化地表示出。

用于扫描增量刻度12的探测器布置27包括多个单个的光电探测器元件27.1-27.4,它们以分组的形式相互导电连接；其中，在一个组内，在所扫描的条纹图案中获取相同相位的扫描信号的那些探测器元件27.1-27.4相互连接。在所示实施例中，探测器布置27设计为半圆形，并且包括多个同心围绕着光源23布置的线路，这些线路具有探测器元件27.1-27.4；关于该探测器布置27的构造方式的其它细节会从后面的说明中指出。而在这里仅仅提到，基于光源空腔22.1的方形的横截面，正如可以从图中看出的那样，探测器布置27的最靠内的线路的几何构造不同于在径向方向上相邻的线路的几何构造。在该线路中的探测器元件的数量相当于其它线路中的数量；仅仅减小了探测器元件的夹角宽度，并且这样改变单个探测器元件的中间位置，即，要为方形的光源空腔22.1和包围的防护二极管22.2提供足够的位置。实现最靠内的线路的这种偏差的构造，从而尽可能有效地组合光源空腔22.1和探测器布置27。以这种方式和方法也可以扫描在紧靠防护二极管的周围范围中形成的条纹图案。由于光源23的发光照明是发散式的，所以在这个范围内形成最高的照明强度。

在传感器模块22上方，也就是在朝量具10的方向上，在扫描单元10中布置了扫描板24，该扫描板设计为透明的玻璃板。该扫描板24在光源空腔22.1的上方的中心区域内的朝向传感器模块22的一侧上承载了发射光栅26。该发射光栅26设计为透光振幅光栅，它具有周期性地布置在测量方向x上的透光的和不透光的刻度区域；发射光栅26的刻度周期在下面用TP_S表示。此外，在本实施例中，扫描板24在探测器布置27的上方区域中的相同一侧上承载着周期性挡板结构29形式的光栅，它们对于当前使用的扫描原理而言用作为探测光栅。关于探测器布置27以及周期性挡板结构29或者说探测光栅的具体构造方式要在进一步的说明中指出。此外，在图1和3中还可以看出扫描单元20的示意性示出的壳体25。

在紧接着详细探讨用于进行增量扫描的探测器布置27的构造之前，首先要阐述用于产生增量扫描信号的发射路径。

由光源23发散地发射的光束首先穿过发射光栅26，然后到达量具10上的增量刻度12上，并且从那里又在朝扫描单元20的方向上反射回去。在探测平面中形成具有条纹周期的周期性条纹图案，该条纹周期符合于挡板结构29的周期。借助挡板结构29和探测器布置27扫描或者说获取周期性条纹图案，并且在量具10和扫描单元20相对彼此运动时，被转换成多个与位置相关的、相移的扫描信号。

就用于增量扫描的探测器布置27的具体构造以及布置在该探测器布置前方的周期性挡板结构29而言，下面首先阐述相关的理论思路。

其中的出发点是，用于扫描探测平面中形成的周期性条纹图案的相应的探测器布置27由多个单个的探测器元件构成。这些探测器元件被集中分为多个组，其中，一个组的探测器元件分别提供相位相同的扫描信号。通过不同的组产生具有不同的相位关系的扫描信号；典型地设有大约N=4个组，通过这四个组可以产生分别以90°相移的扫描信号。

原则上被证明有利的是，对于这种探测器布置27满足以下尺寸标准i）-iv）：

i）一个组的探测器元件的总面积与每个其它组的探测器元件的总面积一致。

ii）一个组的探测器元件的面积重心与每个其它组的探测器元件的面积重心一致。

iii）此外被证明有利的是，不同组的探测器元件的二阶的面灵敏度矩还具有相同的分量。

iv）此外，如果不同组的探测器元件的其它面灵敏度矩还具有相同值，则再次形成一个优化的探测器布置。

以数学的方式可以如下地示出对于探测器布置的构造的这些条件：

其中，S₀（R）是探测器元件面的感光度（敏感度）。

以及，i=1，2，...，N和

$R=\sqrt{x^2+y^2}$

N：=信号相位的数量

在此，由所有属于一个相位的感光探测器元件面产生的光电流这样得出

${\mathrm{IPh}}_i=\stackrel{A}{\∫}{S}_i(x,y)\·I(x,y)\·\mathrm{MG}(x,y)\mathrm{dA}$

其中：

I(x，y)是在位置（x，y）上的平均照明强度；

MG（x，y）是强度条纹图案在位置（x，y）上的本地调制度每个相位的光电流应该是相同的。

如果假设现在所有探测器元件面的感光度S₀（R）都一样，并且这些探测器元件在径向上相同形式地分布，那么因此可以简化地观察属于一个相位的感光探测器元件面的面积F_i。这个面积F_i这样得出

$F_i=\stackrel{A}{\∫}{S}_i(x,y)\mathrm{dA}$

并且：

目的是让不同相位的探测器元件的面积达到相等，也就是说：

F₁=F₂=…=F_N

这些属于一个相位的探测器元件的面积重心的坐标xS_i，yS_i通过以下方式定义：

${\mathrm{xS}}_i=\frac{1}{F_i}\stackrel{A}{\∫}x\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{yS}}_i=\frac{1}{F_i}\stackrel{A}{\∫}y\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

理想情况下，一个组的探测器元件的面积重心的坐标与每个其它组的探测器元件的面积重心一致：

xS₁=xS₂=…=xS_N

yS₁=yS₂=…=yS_N

二阶的面灵敏度矩的独立分量通过以下方式定义：

${\mathrm{Qxx}}_i=\stackrel{A}{\∫}({3x}^2-(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{Qyy}}_i=\stackrel{A}{\∫}({3y}^2-(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{Qxy}}_i=\stackrel{A}{\∫}\left(3\mathrm{xy}\right)\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

正如上面已经提到的那样，当二阶的面灵敏度矩对于每个信号相位都一样时，再次实现探测器布置的最优化：

Qxx₁＝Qxx₂＝...＝Qxx_N

Qyy₁＝Qyy₂＝...＝Qyy_N

Qxy₁＝Qxy₂＝...＝Qxy_N

三阶的面灵敏度矩的独立分量通过以下方式定义：

${\mathrm{Oxxx}}_i=\stackrel{A}{\∫}({5x}^3-3x(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{Oyyy}}_i=\stackrel{A}{\∫}({5y}^3-3y(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{Oxxy}}_i=\stackrel{A}{\∫}({5x}^{2}y-y(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

${\mathrm{Oxyy}}_i=\stackrel{A}{\∫}({5\mathrm{xy}}^2-x(x^2+y^2))\·S_i(x,y)\mathrm{dA}$

在一个有利的实施方式中，每个信号相位的三阶的面灵敏度矩的独立分量也一样：

Oxxx₁＝Oxxx₂＝...＝Oxxx_N

Oyyy₁＝Oyyy₂＝...＝Oyyy_N

Oxxy₁＝Oxxy₂＝...＝Oxxy_N

Oxyy₁＝Oxyy₂＝...＝Oxyy_N

在理想情况下，最终这样构造探测器布置，即，使每个信号相位的其它更高的面灵敏度矩也一样。

图3中所示的探测器布置27基本上满足上述尺寸标准i）-iii）；即使满足了尺寸标准iv），也还是会实现优化。满足尺寸标准i）-iii）的探测器布置127的最小化配置在图4中示出。借助该探测器布置127，下面以一个简化的实施例展示出不同的尺寸标准。

正如图3的实施例中已经设计的那样，在图4的实施例中也再次为探测器布置127设计了一种圆形区段形式的、或者是半圆形的构造方式；在相应的全圆的中心Z处放置了扫描单元中的（在此未示出的）光源。探测器布置的这种圆形区段形式的构造方式尤其是在光学位置测量装置中被证明是有利的，其中，除了对量具上的增量刻度进行扫描，还实现了对布置在增量刻度旁边的基准标记的扫描，正如大致在根据图2的实施例中所示的那样。在y方向上与探测器布置127间隔开的地方，可以以这种方式和方法在扫描单元中的探测平面内布置一个（同样未在图4中示出的）基准标记探测器。

在根据图4的实施例中，探测器布置由多个探测器元件127.1-12.4构成，这些探测器元件同心半圆形地围绕着中心Z布置在四个线路S1-S4中。每个刻度S1-S4中分别设计了16个圆形区段形式的探测器元件127.1-127.4。在图中一致地示出了属于同一个组的探测器元件127.1-127.4，它们因此获得的是相位相同的扫描信号。第一组的探测器元件在此用附图标记127.1表示，第二组的探测器元件用附图标记127.2表示，第三组的探测器元件用附图标记127.3表示，并且第四组的探测器元件用附图标记127.4表示。对于每个刻度S1-S4，正如可以从图4中看到的探测器布置127中放置了来自每个组的每四个探测器元件127.1-127.4；位于线路内的探测器元件127.1-127.4的面积都分别选为一致。

基于探测器布置127的这种设计方案，对于它而言相应地满足了上面所探讨的尺寸标准i）。也就是说，一个组的探测器元件127.1-127.4的总面积与每个其它组的探测器元件127.1-127.4的总面积一致。

为了满足所提及的相关于不同组的探测器元件127.1-127.4的面积重心位置的尺寸标准ii），为不同组的探测器元件127.1-127.4在探测器布置127内设计了一种特定的布置方式。这样选择该布置方式，即，使得探测器元件在探测平面内的给定位置上具有共同的面积重心S。

在一种用于根据本发明的光学位置测量装置的探测器布置的所示简化实施例中也满足了尺寸标准iii）。这意味着，不同组的探测器元件的二阶的面灵敏度矩的三个分量还具有相同值。

图5示出根据图3的探测器布置的一个部分视图，其中，除了针对利用其产生的扫描信号的不同相位的探测器元件27.1-27.4之外还示出了周期性的挡板结构29，它们布置在扫描发射路径中的探测器元件27.1-27.4的感光面的前方。在图1-3的实施例中，挡板结构29正如上述那样设计成扫描板24的下侧面上的光栅，并且由交替布置在测量方向x上的透光区域29.1和不透光区域29.2构成。在图5中，窄长的矩形区域代表透光区域29.1，它们周期性地以周期P_D沿着测量方向x布置。相关于挡板结构29的透光区域29.1的布置方式的周期P_D小于单个探测器元件27.1-27.4在测量方向x上的延伸长度。挡板结构29的其余区域29.2设计成不透光。

该挡板结构29的透光区域29.1在测量方向x上通常具有符合d=1/2·P_D或者d=1/3·P_D的宽度d，其中，P_D是挡板结构的透光区域的周期。所述第二种变化方案，也就是宽度d=1/3·P_D还使得可以良好地过滤通常包含在条纹图案中的不要想的三阶谐波（Harmonischer）。

作为将挡板结构布置在扫描板的下侧面上的替代，在本发明的框架内也可以设计的是，将挡板结构设计为直接在探测器元件上的具有相应的透光区域的金属化层。

当上述尺寸标准i），ii）以及也许还有iii）不仅应用在探测器布置27的探测器元件27.1-27.4的表面上，而是额外地也应用在布置在探测器元件27.1-27.4前方的挡板结构29上，即大致应用在挡板结构29的透光区域29.1上时，可以实现对根据本发明的光学位置测量装置的再次优化。

就尺寸标准i）而言，这意味着，配属于一组探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的总面积与配属于每个其它组的探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的总面积一致。

参照尺寸标准ii），这样实现挡板结构29的构造，即，属于一组探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的面积重心与属于每个其它组的探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的面积重心一致。

此外，还可以将尺寸标准iii）应用到挡板结构29的构造上。据此设计的是，配属于不同组的探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的二阶的面灵敏度矩的三个分量还具有相同值。

最后还有可能的是，就尺寸标准iv）而言也优化挡板结构，使得配属于不同组的探测器元件27.1-27.4的挡板结构29的透光区域29.1的所有其它面灵敏度矩还具有相同值。

图6示出了根据图3的探测器布置27的部分视图，具体来说就是半圆形布置的左端部上的探测器布置27的区域；该图中未示出的是布置在探测器元件27.1-27.4前方的挡板结构。借助图6应该阐明的是，根据本发明的光学位置测量装置的探测器布置27中的探测器元件27.1-27.4是如何实现电接触的。于是一方面设计的是，让属于一个共同组的探测器元件27.1-27.4通过接触连接装置27.1a-27.4b相互导电连接。正如图6中可以看出的那样，接触连接装置27.1a-27.4b在此在由多个带有探测器元件27.1-27.4的同心半圆形的线路构成的探测器布置27中从线路到线路对角延伸。接触连接装置27.1a-27.4b由传感器布置27内适宜地掺杂在探测器元件27.1-27.4之间的区域构成。因此，在探测器布置27中不需要作为可能通过探测器元件27.1-27.4延伸的金属导线轨道的接触连接装置，这种接触连接装置可能会导致形成不利的遮影（Abschattungen），并且由于电容式串扰而产生信号干扰。

此外可以从图6中看出，不同组的探测器元件27.1-27.4是如何与（未示出的）布置在后面的信号处理元件导电连接的。这是通过接触连接装置27.1b-27.4b得以实现的，它将圆形区段形式的探测器布置27的端部边缘上的探测器元件27.1-27.4与布置在后面的信号处理元件相连。

紧接着要借助图7阐述一种探测器布置27，它适用于根据本发明的光学位置测量装置的另一种实施方式，具体来说适用于一种旋转的位置测量装置。

在一种旋转的光学位置测量装置的情况下，量具上的所扫描的增量刻度以已知的方式和方法设计为圆环形或者设计为刻度盘上的径向刻度。在此，测量方向x沿着该圆周延伸；两个相对运动的对象围绕着圆轴旋转。

图3中所示的探测器布置27现在在原则上也可以被用于扫描径向刻度；在探测器布置27的布局上不需要进行重大的变化，也就是说，它按照上面讨论的尺寸标准构成。只需要为这种应用情况调整挡板结构129在探测器元件的感光面上方的构造方式或者说布置方式。于是在根据本发明的光学位置测量装置的旋转式构造方式的情况下设计的是，根据加权函数，仅在探测器布置27的一部分探测器元件上布置挡板结构129。正如上面已经阐述的那样，挡板结构129不仅可以设计为扫描板的下侧面上的光栅，或者也可以设计为探测器元件上的具有透光区域的金属化层。

正如从图7中可以看出的那样，在所示的针对一种旋转式应用情况的实施例中，挡板结构129仅布置在探测器布置27的探测器元件上，它们共同近似地形成一个方形区域130；在此，图中仅高度示意性地示出了挡板结构129。只有具有布置在前方的挡板结构129的探测器布置27的布置在这个方形区域130中的探测器元件才有助于获得信号。仅设计在区域130中的挡板结构129也按照上面讨论的尺寸标准构造而成。与之前所述的线性测量布置不同的是，在旋转的情况下，挡板结构的透光区域不具有矩形的、而是具有梯形的横断面。

除了具体阐述的实施例，在本发明的框架内当然还存在其它的设计可能性。

例如如果不必扫描与增量刻度相邻布置的基准标记，那么可以在遵循所探讨的针对探测器布置和可能针对挡板结构的尺寸标准的情况下，也在根据本发明的光学位置测量装置中应用一种圆形的探测器布置，等等。

Claims (15)

1.一种光学位置测量装置，用于检测两个能相对彼此沿着至少一个测量方向（x）运动的对象的位置，所述光学位置测量装置具有：

-量具（10），所述量具与所述两个对象中的一个连接并且包括在测量方向（x）上延伸的增量刻度（12），

-扫描单元（20），所述扫描单元与两个对象中的另一个连接，并且包括光源（23）、一个或者多个光栅以及探测器布置（27；127），其中

-所述探测器布置（27；127）包括多个布置在一个探测平面中的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的组，在所述两个对象相对运动的情况下，能通过所述探测器元件由对所述探测平面中得到的周期性条纹图案进行的扫描来产生多个与位置相关的、相移的扫描信号，并且具有相同相位扫描信号的所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）分别形成一个组，其中

-一个组的所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的面积总和与每个其它组的所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的面积总和一致，并且

-一个组的所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的面积重心与每个其它组的所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的面积重心一致，并且

在所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的感光面的前方布置了周期性的挡板结构（29；129）。

2.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其中，所述周期性挡板结构（29；129）由至少在测量方向（x）上交替布置的透光及不透光区域组成，其周期小于所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）在测量方向（x）上的延伸长度。

3.根据权利要求2所述的光学位置测量装置，其中

-配属于一组探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的所述透光区域的面积总和与配属于每个其它组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的所述透光区域的面积总和一致，并且

-配属于一组探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的透光区域的面积重心与配属于每个其它组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的透光区域的面积重心一致。

4.根据权利要求3所述的光学位置测量装置，其中

-不同组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的二阶的面灵敏度矩的三个分量还具有相同值，并且

-配属于不同组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的透光区域的所述二阶的面灵敏度矩的三个分量具有相同值。

5.根据权利要求4所述的光学位置测量装置，其中

-不同组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所有其它感光面面灵敏度矩还具有相同值，并且

-配属于不同组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）的所述挡板结构（29；129）的透光区域的所有其它面灵敏度矩还具有相同值。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的光学位置测量装置，其中

-所述挡板结构（29；129）设计为扫描板（24）上的光栅，并且所述扫描板（24）布置在所述扫描单元（20）中的所述探测器布置（27；127）的上方，或者

-所述挡板结构设计为所述探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）上的具有透光区域的金属化层。

7.根据权利要求1所述的光学位置测量装置，其中，所述挡板结构（29；129）在测量方向（x）上的延伸长度根据d=1/2·P_D或根据d=1/3·P_D进行选择，其中

d：=所述挡板结构在测量方向x上的宽度，

P_D：=所述挡板结构的透光区域的周期。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的光学位置测量装置，其中，根据加权函数，仅在所述探测器元件（127.1-127.4）的一部分上布置所述挡板结构（129）。

9.根据权利要求8所述的光学位置测量装置，其中，所述挡板结构（129）仅布置在所述探测器布置（127）的所述探测器元件（127.1-127.4）上，所述探测器元件共同近似地构成方形区域。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的光学位置测量装置，其中，所述探测器布置（27；127）设计为圆形区段的形式并且包括多个圆形扇段，在所述圆形扇段中，分别将多个探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）在径向上相邻地布置在多个圆环形的线路（S1-S4）中。

11.根据权利要求10所述的光学位置测量装置，其中，所述探测器布置（27；127）设计为半圆形。

12.根据权利要求10所述的光学位置测量装置，其中，产生相同相位的扫描信号的相邻线路（S1-S4）的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）通过对角延伸的接触连接装置（27.1a，27.2a，27.3a，27.4a）相互电连接。

13.根据权利要求10所述的光学位置测量装置，其中，来自一组的探测器元件（27.1-27.4；127.1-127.4）在所述圆形区段形式的探测器布置（27；127）的末端边缘上通过接触连接装置（27.1b，27.2b，27.3b，27.4b）与布置在后方的信号处理元件相连。

14.根据权利要求10所述的光学位置测量装置，其中，所述探测器布置（27；127）与所述扫描单元（20）中的所述光源（23）相邻地布置，并且在所述探测平面中布置了防护二极管（22.1），所述防护二极管封闭地包围住所述光源（23）。

15.根据权利要求10所述的光学位置测量装置，其中，所述探测器元件（27.1a，27.2a，27.3a，27.4a）的径向最内部线路（S4）的几何构造不同于在径向方向上相邻的线路（S3）的几何构造。

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