DE102012203263A1 - Position measuring device e.g. angle-measuring device, has collimator having a waveguide for collimating electromagnetic radiation via coupling element and for outputting collimated electromagnetic radiation through decoupling element - Google Patents

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Abstract

The device has optically scannable measuring graduations (101) having extended graduation lines formed along measurement direction. A movable scanning unit (1) scans the measuring graduations by electromagnetic radiation (S). A collimator has a lens for collimating electromagnetic radiation and forming a beam collimated along measuring direction such that direction of extension of graduation lines is divergent. The collimator has waveguide (2) for collimating electromagnetic radiation via a coupling element (21) and for outputting collimated radiation through decoupling element (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a position measuring device for determining the position of two mutually movable objects according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Positionsmesseinrichtung, die nach dem optischen Messprinzip arbeitet, umfasst eine optisch abtastbare Messteilung, die eine Vielzahl entlang einer Messrichtung hintereinander angeordneter und quer zu der Messrichtung erstreckter Teilungsstriche aufweist, sowie weiterhin eine relativ zu der Messteilung bewegbare Abtasteinheit zum Abtasten der Messteilung, wobei der Abtasteinheit ein Kollimator zugeordnet ist, um die zur Abtastung der Messteilung verwendete elektromagnetische Strahlung zu parallelisieren, so dass die Messteilung mittels eines parallelisierten Strahlenbündels abgetastet wird. Hierzu umfasst der Kollimator ein zur Parallelisierung einfallender Strahlung geeignetes Linsenelement, worunter mindestens ein (beliebiger) Bereich des Kollimators verstanden wird, der (gegebenenfalls im Zusammenspiel mit weiteren Bereichen des Kollimators) eine Parallelisierung elektromagnetischer Strahlung bewirkt. Die Positionsmesseinrichtung kann dabei insbesondere so ausgebildet sein, dass die auf die Messteilung auftreffende Strahlung dort reflektiert wird und dadurch anschließend auf einen Detektor der Abtasteinheit gelangt. Such a position measuring device, which operates on the optical measuring principle, comprises an optically scannable measuring graduation having a plurality along a measuring direction arranged behind one another and extending transversely to the measuring direction graduation graduations, and further a relative to the measuring graduation movable scanning unit for sampling the measuring graduation, wherein the Scanning unit is associated with a collimator to parallelize the electromagnetic radiation used for scanning the measurement graduation, so that the measurement graduation is scanned by means of a parallelized beam. For this purpose, the collimator comprises a lens element suitable for parallelization of incident radiation, which is understood to mean at least one (arbitrary) region of the collimator which (in conjunction with other regions of the collimator, if appropriate) effects a parallelization of electromagnetic radiation. In this case, the position-measuring device can in particular be designed so that the radiation impinging on the measuring graduation is reflected there and thereby subsequently reaches a detector of the scanning unit.

In dem die Messteilung einerseits sowie die Abtasteinheit andererseits mit jeweils einem von zwei zueinander bewegbaren Objekten verbunden werden, kann durch Abtastung der Messteilung mittels der Abtasteinheit eine Positionsbestimmung hinsichtlich der Lage der beiden Objekte zueinander bzw. hinsichtlich Lageänderungen erfolgen. In that the measuring graduation on the one hand and the scanning unit on the other hand are each connected to one of two mutually movable objects, can be carried out by scanning the measurement division by means of the scanning a position determination with respect to the position of the two objects to each other or with respect to changes in position.

Eine Positionsmesseinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 195 28 045 C1 bekannt. Hierbei handelt es um eine Positionsmesseinrichtung in Form eines Winkelmessgerätes, welches auf einer drehbar gelagerten Teilscheibe eine Messteilung in Form eines kreisbogenförmig umlaufenden Radialgitters aufweist, dessen Teilungsstriche sich radial zur Drehachse erstrecken. Zur Abtastung des Radialgitters dient eine Abtasteinheit, die als wesentliche Komponenten eine divergente Strahlung aussendende Lichtquelle, einen der Lichtquelle nachgeordneten Kollimator bzw. Kondensor zur Parallelisierung der Strahlung sowie Fotodetektoren zur Erfassung der Strahlung nach deren Wechselwirkung mit dem Radialgitter aufweist. Die von der Lichtquelle ausgesandte divergente Strahlung wird dabei dem Radialgitter in üblicher Weise als ein zuvor mittels des Kondensors parallelisiertes Strahlenbündel zugeführt, wobei jene Strahlung gemäß der in der DE 195 28 045 C1 beschriebene Ausführungsform zusätzlich noch mit einer der Abtasteinheit zugehörigen Abtastplatte wechselwirkt. A position measuring device of the type mentioned is for example from the DE 195 28 045 C1 known. This is a position measuring device in the form of an angle measuring device, which has a measuring graduation in the form of a circular-arc-shaped circumferential radial lattice on a rotatably mounted dividing disk, whose graduation lines extend radially to the axis of rotation. For scanning the radial grating is a scanning unit having as essential components a divergent radiation emitting light source, a light source downstream collimator or condenser for parallelizing the radiation and photodetectors for detecting the radiation after their interaction with the radial lattice. The divergent radiation emitted by the light source is in this case supplied to the radial lattice in the usual way as a beam previously parallelized by means of the condenser, whereby that radiation according to the embodiment described in DE 195 28 045 C1 additionally interacts with a scanning plate belonging to the scanning unit.

Um mittels der Abtasteinheit jeweils einen für die Positionsbestimmung hinreichend großen Bereich der Messteilung erfassen zu können, muss die zur Parallelisierung der für die Abtastung verwendeten Strahlung genutzte Linse eine effektive Fläche aufweisen, die mindestens so groß ist, wie die an der Messteilung zu bestrahlende Teilfläche. Zudem erhöht die Anordnung eines Kondensors bzw. Kollimators in Form einer Linse zwischen der Messteilung und der Lichtquelle der Abtasteinheit die axiale Bautiefe der Anordnung. In order to be able to detect a region of the measuring graduation which is sufficiently large for determining the position by means of the scanning unit, the lens used to parallelize the radiation used for the scanning must have an effective area that is at least as large as the partial area to be irradiated at the graduation. In addition, the arrangement of a condenser or collimator in the form of a lens between the measuring graduation and the light source of the scanning unit increases the axial depth of the arrangement.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Positionsmesseinrichtung der eingangsgenannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine hochgenaue Positionsmessung ermöglicht. The invention is based on the problem to provide a position measuring device of the type mentioned, which enables a high-precision position measurement with a simple structure.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This problem is inventively solved by the provision of a position measuring device with the features of claim 1.

Danach ist der Kollimator der Abtasteinheit eingerichtet zur Bildung eines Strahlenbündels, insbesondere Lichtbündels, welches entlang der Messrichtung parallelisiert ist, jedoch entlang der Erstreckungsrichtung der Teilungsstriche divergent ist. Thereafter, the collimator of the scanning unit is arranged to form a beam, in particular a light beam, which is parallelized along the measuring direction, but diverges along the direction of extension of the graduation lines.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass zur Abtastung einer Messteilung mittels elektromagnetischer Strahlung eine Parallelisierung (Kollimation) der Strahlung lediglich in Messrichtung und somit quer zur Erstreckungsrichtung der Teilungsstriche der Messteilung erforderlich ist, während eine Divergenz der zur Abtastung verwendeten Strahlung in Richtung der Teilungsstriche und somit quer zur Messrichtung für eine hochgenaue Positionsmessung nicht schädlich ist. Somit kann der Aufwand für die Parallelisierung divergenter Strahlung zur Abtastung einer Messteilung reduziert werden. The solution according to the invention is based on the finding that, in order to scan a measurement graduation by means of electromagnetic radiation, a parallelization (collimation) of the radiation is required only in the measuring direction and thus transversely to the extension direction of the graduation graduations, while a divergence of the radiation used for scanning in the direction of the graduation graduations and thus is not harmful across the measuring direction for a highly accurate position measurement. Thus, the cost of parallelizing divergent radiation to scan a measurement division can be reduced.

Unter einer in Messrichtung parallelisierten oder kollimierten Strahlung sei vorliegend die Eigenschaft des auf die Messteilung einfallenden Lichtes verstanden, keine oder jedenfalls keine die Positionsmessung störende Strahlrichtungskomponenten im Messrichtung (und damit senkrecht zu den Teilungsstrichen) aufzuweisen, während dieses Licht senkrecht zur Messrichtung (und damit in Richtung der Teilstriche) divergent ist und somit unterschiedliche Strahlrichtungskomponenten aufweist. In the present case, a radiation parallelized or collimated in the measuring direction is understood to mean the property of the light incident on the measuring graduation to exhibit no or at least no position measuring interfering beam direction components in the measuring direction (and thus perpendicular to the graduation lines), while this light is perpendicular to the measuring direction (and thus in Direction of the divisions) is divergent and thus has different beam direction components.

Die Verwendung in Strichrichtung divergenter Strahlung zur Abtastung einer Messteilung hat den Vorteil, dass bei gegebener Strahlungsquelle ein in Strichrichtung größerer Bereich der Messteilung erfasst werden kann als bei Verwendung in Strichrichtung kollimierter Strahlung. The use in the line direction of divergent radiation for scanning a measurement graduation has the advantage that, given a radiation source, a larger range of the graduation in the line direction can be detected than when using line-direction collimated radiation.

Entlang der Strichrichtung der Messteilung weisen – wegen der Divergenz des resultierenden Strahlenbündels in dieser Richtung – die einzelnen Strahlen des zur Abtastung verwendeten Strahlenbündels jeweils unterschiedliche Strahlrichtungskomponenten auf. Along the line direction of the measurement graduation, because of the divergence of the resulting beam in this direction, the individual beams of the beam used for scanning each have different beam direction components.

Der Kollimator, welcher zur Parallelisierung der zur Abtastung der Messteilung verwendeten elektromagnetischen Strahlung entlang der Messrichtung dient, umfasst einen Wellenleiter mit einem Einkoppelelement, dem divergente elektromagnetische Strahlung einer Strahlungsquelle zugeführt wird, sowie einem Auskoppelelement, über welches die Strahlung aus dem Wellenleiter ausgekoppelt wird. Ein Linsenelement (mindestens ein Linsenbereich) des Kollimators sorgt für die gewünschte Parallelisierung der elektromagnetischen Strahlung, so dass die auf die Messteilung fallende Strahlung ein entlang der Messrichtung parallelisiertes und entlang der Strichrichtung der Messteilung divergentes Strahlenbündel bildet. The collimator, which serves to parallelize the electromagnetic radiation used to scan the measuring graduation along the measuring direction, comprises a waveguide with a coupling element, to which divergent electromagnetic radiation is supplied to a radiation source, and a decoupling element, via which the radiation is coupled out of the waveguide. A lens element (at least one lens region) of the collimator provides for the desired parallelization of the electromagnetic radiation so that the radiation incident on the measurement graduation forms a beam parallelized along the measurement direction and divergent along the scan direction of the measurement graduation.

Des Weiteren kann der Kollimator ein Umlenkelement umfassen, das die elektromagnetische Strahlung auf die Messteilung umlenkt. Die funktionalen Bestandteile des Kollimators, also z.B. Einkoppelelement, Wellenleiter, Auskoppelelement, Linsenelement und Umlenkelement, können als separate Einheiten mit jeweils einer einzigen (elementspezifischen) Aufgabe ausgeführt sein (und dabei bezüglich des Weges der elektromagnetischen Strahlung in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet sein); es können aber auch mehrere dieser Funktionen in einem einzigen Element zusammengefasst sein, wie dies später im Ausführungsbeispiel gezeigt werden wird, wonach z.B. Auskoppelelement, Linsenelement und Umlenkelement des Kollimators von einer einzigen optisch wirksamen Grenzfläche des Wellenleiters gebildet werden. Furthermore, the collimator may comprise a deflecting element, which deflects the electromagnetic radiation to the measuring graduation. The functional components of the collimator, e.g. Injection element, waveguide, outcoupling element, lens element and deflecting element, can be designed as separate units, each with a single (element-specific) task (and be arranged with respect to the path of the electromagnetic radiation in different order); however, several of these functions may also be combined in a single element, as will be shown later in the embodiment, after which e.g. Decoupling element, lens element and deflection of the collimator are formed by a single optically active interface of the waveguide.

Der Wellenleiter kann insbesondere Linsenbereiche umfassen, die zumindest zu einer Kollimierung (Parallelisierung) der divergenten elektromagnetischen Strahlung (entlang der Messrichtung) beitragen oder eine derartige Kollimierung (vollumfänglich) bewirken. Im erstgenannten (allgemeineren) Fall können auch von dem Wellenleiter separate und diesem (in Strahlungsrichtung) nachgeordnete Komponenten, wie z.B. ein eigenständiges, dem Wellenleiter nachgeordnetes Umlenkelement, zur Kollimierung der elektromagnetischen Strahlung beitragen. Im zweitgenannten Fall ist die dem Wellenleiter zugeführte (divergente) Strahlung demgegenüber bereits (vollständig) in Messrichtung parallelisiert, wenn sie aus dem Wellenleiter austritt. D.h., dem Wellenleiter wird über ein Einkoppelelement (divergente) elektromagnetische Strahlung zugeführt, die der Wellenleiter über ein Auskoppelelement bzw. an einem Auskoppelelement als ein Strahlenbündel abgibt, das entlang der Messrichtung parallelisiert ist (und entlang der Erstreckungsrichtung der Teilungsstriche der Messteilung divergent ist). The waveguide may in particular comprise lens regions which contribute at least to a collimation (parallelization) of the divergent electromagnetic radiation (along the measuring direction) or effect such a collimation (in full). In the former (more general) case, separate components from the waveguide and downstream components (in the radiation direction), such as e.g. an independent, downstream of the waveguide deflecting contribute to the collimation of electromagnetic radiation. In the second case, however, the (divergent) radiation supplied to the waveguide is already (completely) parallelized in the measuring direction as it emerges from the waveguide. That is, the waveguide is supplied via a coupling element (divergent) electromagnetic radiation, which emits the waveguide via a decoupling element or on a decoupling element as a beam which is parallelized along the measuring direction (and is divergent along the extension direction of the graduation lines of the measurement graduation).

Der Wellenleiter kann insbesondere als ein sogenannter planarer Wellenleiter ausgebildet sein, also als ein Wellenleiter, der zwei einander gegenüberliegende, parallel zueinander erstreckte Begrenzungsflächen (Hauptflächen) aufweist. In particular, the waveguide can be designed as a so-called planar waveguide, that is to say as a waveguide which has two boundary surfaces (main surfaces) which are opposite one another and extend parallel to one another.

Zur Umlenkung eines zunächst divergenten Strahlenbündels, um dieses in den Wellenleiter einzukoppeln, oder zur (erneuten) Umlenkung des entlang der Messrichtung parallelisierten Strahlenbündels, um dieses auf die Messteilung zu richten, können das Einkoppelelement und/oder das Auskoppelelement jeweils eine Schrägfläche aufweisen, die geneigt zu einer durch den planaren Abschnitt des Wellenleiters aufgespannten Ebene verläuft. For deflecting an initially divergent beam in order to couple it into the waveguide, or for (redirecting) the radiation beam parallelized along the measuring direction in order to direct it to the measuring graduation, the coupling element and / or the coupling-out element can each have an inclined surface which is inclined extends to a plane defined by the planar portion of the waveguide plane.

Das Einkoppelelement und/oder das Auskoppelelement können einerseits jeweils einstückig in den Wellenleiter integriert sein oder als separates Element an dem Wellenleiter angeordnet, beispielweise angeklebt, sein. The coupling element and / or the coupling-out element can each be integrally integrated in the waveguide on the one hand or arranged, for example glued, as a separate element on the waveguide.

Bei einer Ausgestaltung des Kollimators mit einem zumindest abschnittsweise planaren Wellenleiter erfolgt eine Kollimation der eingekoppelten Strahlung in der Ebene des Wellenleiters, was zum Beispiel, wie bereits erwähnt, durch die Form des Auskoppelelementes und/oder des Einkoppelelementes (als Linse wirkend) sowie durch zusätzliche Linsenelemente, wie zum Beispiel ein Reflexionselement, eine zusätzliche Linse zwischen Strahlungsquelle und Einkoppelelement oder durch eine zusätzliche Fresnel-Linse am Auskoppelelement erreicht werden kann. Indem die Strahlung in der Ebene des planaren Wellenleiters bzw. Wellenleiterabschnittes kollimiert bzw. parallelisiert ist, lässt sich diese anschließend so umlenken und der Messteilung zuführen, dass das auf die Messteilung auftreffende Strahlenbündel gerade in Messrichtung parallelisiert (und senkrecht hierzu divergent) ist. In an embodiment of the collimator with an at least partially planar waveguide, the coupled radiation is collimated in the plane of the waveguide, which, for example, as already mentioned, by the shape of the outcoupling element and / or the coupling element (acting as a lens) and by additional lens elements , Such as a reflection element, an additional lens between the radiation source and coupling element or by an additional Fresnel lens can be achieved at the coupling element. By the radiation in the plane of the planar waveguide or waveguide section is collimated or parallelized, this can then be redirected so as to lead the measurement graduation, that the incident on the measuring graduation beam parallelized straight in the measuring direction (and perpendicular thereto divergent).

Eine Parallelisierung der Strahlung in der Ebene des planaren Wellenleiters bedeutet dabei, dass die einzelnen Strahlen des am Auskoppelelement des Wellenleiters austretenden Strahlenbündels keine Richtungskomponente mehr entlang einer Richtung aufweisen, die tangential zur Austrittsfläche des Auskoppelelementes (insbesondere gekrümmt) entlang der durch den planaren Wellenleiter aufgespannten Ebene verläuft. Die Form des Auskoppelelements wird dabei so gewählt, dass diese Richtung lokal der Messrichtung entspricht. Das bedeutet, dass das austretende Strahlenbündel in Bezug auf die Messrichtung keine Richtungskomponente mehr aufweist und damit in Bezug auf die Messrichtung parallelisiert bzw. kollimiert ist. A parallelization of the radiation in the plane of the planar waveguide means that the individual rays of emerging at the coupling element of the waveguide beam no direction component more along a direction tangential to the exit surface of the decoupling element (in particular curved) along the plane defined by the planar waveguide plane runs. The shape of the decoupling element is chosen so that this direction corresponds locally to the direction of measurement. This means that the emerging beam has no directional component with respect to the measuring direction and is thus parallelized or collimated with respect to the measuring direction.

Senkrecht zu der durch den planaren Wellenleiter bzw. Wellenleiterabschnitt definierten Ebene ist die aus dem Wellenleiter austretende Strahlung demgegenüber divergent, weil mehrfache Reflexionen der Strahlung an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Wellenleiters auftreten können, wobei die Anzahl der Mehrfachreflexionen nicht für alle Strahlenanteile identisch ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Anzahl an Reflexionen für verschiedene Strahlenanteile entstehen mehrfach virtuelle Bilder der Strahlungsquelle, die senkrecht zu der Ebene übereinander liegen, entlang der sich der planare Wellenleiter mit seinen Hauptflächen erstreckt. Dies entspricht einer in vertikaler Richtung vergrößerten Strahlungsquelle, die eine entsprechend große Divergenz in vertikaler Richtung aufweist. Das austretende Strahlungsbündel ist dabei der Messteilung so zuzuführen, dass einerseits, wie bereits dargelegt, diejenige (horizontale) Richtung, entlang der die Strahlung im Wellenleiter kollimiert wurde, mit der Messrichtung zusammenfällt, während diejenige (vertikale) Richtung, entlang der die aus dem Wellenleiter austretende Strahlung divergent ist, mit der Strichrichtung (Erstreckungsrichtung der Teilungsstriche der Messteilung) zusammenfällt. Mit anderen Worten ausgedrückt, muss die Richtung starker Divergenz des Strahlenbündels, das heißt – bezogen auf das im Wellenleiter richtungsabhängig kollimierte Licht die Normalenrichtung zum planaren Wellenleiter – durch das Umlenkelement zwischen dem Auskoppelelement und der Messteilung senkrecht zur Messrichtung, nämlich in Strichrichtung, ausgerichtet werden. Denn zur Übertragung feiner Streifenmuster soll ja in Messrichtung gerade eine parallelisierte, also möglichst gering divergente, Strahlung vorliegen. In contrast to the plane defined by the planar waveguide or waveguide section, the radiation emerging from the waveguide is divergent because multiple reflections of the radiation can occur at the opposite major surfaces of the waveguide, the number of multiple reflections not being identical for all beam components. Due to this different number of reflections for different beam components, multiple virtual images of the radiation source are created, which are superimposed perpendicular to the plane along which the planar waveguide extends with its main surfaces. This corresponds to a magnified in the vertical direction radiation source having a correspondingly large divergence in the vertical direction. The emerging radiation beam is to be supplied to the measuring graduation so that on the one hand, as already stated, the (horizontal) direction along which the radiation was collimated in the waveguide, coincides with the measuring direction, while that (vertical) direction, along which from the waveguide emanating radiation is divergent, coincides with the stroke direction (extension direction of the graduation lines of the measurement graduation). In other words, the direction of strong divergence of the beam, that is - relative to the directionally dependent in the waveguide light collimated the normal direction to the planar waveguide - by the deflecting element between the coupling element and the measuring graduation perpendicular to the measuring direction, namely in the stroke direction, aligned. Because for the transmission of fine stripe pattern is supposed to be present in the measuring direction just a parallelized, that is as low as possible divergent, radiation.

Während die Reflexionen der in den Wellenleiter eingekoppelten Strahlung an dessen einander gegenüberliegenden Hauptflächen gerade genutzt werden können, um eine senkrecht zur Messrichtung divergente Strahlung zu erzeugen, soll an den (schmaleren) seitlichen Nebenflächen des Wellenleiters (Verbindungsflächen des Hauptflächen) keine Reflexionen erfolgen, da andernfalls die Kollimation der Strahlung in Messrichtung gestört würde. Dementsprechend ist es vorteilhaft, jene seitlichen Nebenflächen so auszubilden, dass diese Strahlung absorbierend wirken oder auftreffende Strahlung auskoppeln, anstatt diese zurückzuwerfen. While the reflections of the radiation coupled into the waveguide can be utilized at its opposing major surfaces to produce a divergent radiation perpendicular to the direction of measurement, no reflections should be made to the (narrower) lateral minor surfaces of the waveguide (major surface junction surfaces), otherwise the collimation of the radiation in the measuring direction would be disturbed. Accordingly, it is advantageous to form those side auxiliary surfaces such that these radiation act as an absorber or decouple incident radiation instead of repelling it.

Zur Maximierung der Intensität der in den Wellenleiter eingekoppelten Strahlung kann am Eintrittsbereich des Wellenleiters eine Sammellinse vorgesehen sein, zum Beispiel durch geeignete Krümmung der Eintrittsfläche des Wellenleiters (am Einkoppelelement). Eine nachgeordnete weitere (streuende) Linse kann dann vorgesehen sein, um den Linseneffekt der Sammellinse wieder aufzuheben, so dass die Strahlungsquelle virtuell auf der Drehachse der Teilscheibe eines Winkelmessgerätes sitzt. In order to maximize the intensity of the radiation coupled into the waveguide, a converging lens may be provided at the entrance region of the waveguide, for example by suitable curvature of the entrance surface of the waveguide (at the coupling element). A downstream further (scattering) lens can then be provided in order to cancel out the lens effect of the converging lens so that the radiation source sits virtually on the axis of rotation of the graduated disk of an angle measuring device.

Weiterhin kann das Auskoppelelement des Wellenleiters durch spezielle Formgebung so ausgestaltet werden, dass die Divergenz der Strahlung senkrecht zur durch den Wellenleiter definierten Ebene und damit, nach der Umlenkung auf die Messteilung, entlang der Strichrichtung noch verstärkt wird. Furthermore, the outcoupling element of the waveguide can be designed by special shaping so that the divergence of the radiation perpendicular to the plane defined by the waveguide and thus, after the deflection to the measuring graduation, along the line direction is further enhanced.

Ferner können mehrere (einstückig in den Wellenleiter integrierte oder an diesem angeordnete) Auskoppelelemente bzw. separate Bereiche eines Auskoppelelementes vorgesehen sein, um dementsprechend mehrere Messteilungen bzw. unterschiedliche Teilungsspuren einer Messteilung abtasten zu können. Furthermore, a plurality of decoupling elements or separate regions of a decoupling element integrated integrally into the waveguide or arranged thereon may be provided in order to be able to scan a plurality of measurement graduations or different graduation tracks of a measurement graduation.

Eine vertikale Krümmung (senkrecht zur Ebene des planaren Wellenleiters) des Einkoppelelementes und/oder des Auskoppelelementes kann dabei zur gezielten Einstellung der Divergenz der Strahlung und damit zur Ausleuchtung der Messteilung bzw. der einzelnen Teilungsspuren gewählt und optimiert werden. A vertical curvature (perpendicular to the plane of the planar waveguide) of the coupling element and / or the decoupling element can be selected and optimized for the targeted adjustment of the divergence of the radiation and thus for illuminating the measuring graduation or the individual graduation tracks.

Die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung kann sowohl als ein Längenmessgerät als auch als ein Winkelmessgerät ausgeführt sein. The position measuring device according to the invention can be designed both as a length measuring device and as an angle measuring device.

Insbesondere bei Ausgestaltung der Positionsmesseinrichtung als Längenmessgerät erfolgt die Kollimation/Parallelisierung der von einer Strahlungsquelle ausgesandten (divergenten) Strahlung in horizontaler Richtung durch mindestens eine Linse, die im Strahlengang gemeinsam mit einem (ebenen) Umlenkelement angeordnet ist, das das in einer Richtung parallelisierte Strahlenbündel schließlich in Richtung der Messteilung ablenkt. Das Umlenkelement verläuft dabei bezüglich der Richtung seiner größten Ausdehnung vorteilhaft parallel zur Messrichtung, wobei das (in horizontaler Richtung parallelisierte) Strahlenbündel senkrecht zur Messrichtung auf das Umlenkelement auftrifft. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Richtung großer Divergenz des Strahlenbündels am Ort der Messteilung senkrecht zur Messrichtung steht, nämlich insbesondere in Strichrichtung der Teilungsstriche. In particular, in the embodiment of the position measuring device as a length measuring device, the collimation / parallelization of emitted by a radiation source (divergent) radiation in the horizontal direction by at least one lens which is arranged in the beam path together with a (planar) deflecting element, which finally in one direction parallelized beam deflects in the direction of the measurement graduation. In this case, the deflecting element advantageously extends parallel to the measuring direction with respect to the direction of its greatest extent, wherein the bundle of rays (which is parallelized in the horizontal direction) strikes the deflecting element perpendicular to the measuring direction. It can thereby be ensured that the direction of large divergence of the beam at the location of the measuring graduation is perpendicular to the measuring direction, namely in particular in the line direction of the graduation lines.

Gegebenenfalls kann das Umlenkelement zugleich eine Zylinderlinse, z.B. in Form einer Fresnelstruktur oder in Form einer diffraktiven Zylinderlinsenstruktur tragen. Optionally, the deflecting element may at the same time be a cylindrical lens, e.g. in the form of a Fresnel structure or in the form of a diffractive cylindrical lens structure.

Insbesondere bei Ausgestaltung der Positionsmesseinrichtung als Winkelmesseinrichtung bzw. Drehgeber ist das Auskoppelelement des (planaren) Wellenleiters entlang der (bogenförmig verlaufenden) Messrichtung gekrümmt, entsprechend dem (bogenförmigen) Verlauf der Messteilung eines Winkelmesssystems. Der Krümmungsmittelpunkt liegt dabei vorteilhaft auf der Drehachse der Teilscheibe des Winkelmesssystems, auf welcher die Messteilung angeordnet ist. Zusätzlich zu dieser horizontalen Krümmung des Auskoppelelementes kann eine vertikale Krümmung (senkrecht zur Messrichtung) vorgesehen sein, so dass das Auskoppelelement eine Teilfläche eines Toroids ist, mit einer Achse, die mit der Drehachse der vorgenannten Teilscheibe übereinstimmt. Die Auskopplung über das Auskoppelelement kann dabei insbesondere kombiniert mit einer Ablenkung senkrecht zur Ebene des Wellenleiters erfolgen. Die Funktion des Auskoppelelements, des Linsenelements und des Umlenkelements wird hier von einer Grenzfläche des Wellenleiters übernommen, die eine Rotationsfläche bezüglich der Drehachse der Teilscheibe ist. In particular, when designing the position measuring device as an angle measuring device or rotary encoder, the coupling element of the (planar) waveguide along the (arcuate) measuring direction is curved, according to the (arcuate) course of the measurement graduation of an angle measuring system. The center of curvature is advantageous on the axis of rotation of the indexing wheel of the angle measuring system, on which the Measuring graduation is arranged. In addition to this horizontal curvature of the decoupling element, a vertical curvature (perpendicular to the measuring direction) may be provided, so that the decoupling element is a partial surface of a toroid, with an axis that coincides with the axis of rotation of the aforementioned graduated disc. The decoupling via the decoupling element can in particular be combined with a deflection perpendicular to the plane of the waveguide. The function of the decoupling element, the lens element and the deflecting element is taken over here by an interface of the waveguide, which is a surface of revolution with respect to the axis of rotation of the graduated disk.

Weiterhin kann die Strahlungsquelle durch das Einkoppelelement des Wellenleiters und gegebenenfalls weitere Linsen in eine oder mehrere virtuelle Strahlungsquellen abgebildet werden, die sich auf der Drehachse der Teilscheibe befinden. Diese virtuellen Strahlungsquellen werden durch das Auskoppelelement des Wellenleiters in eine unendliche Distanz entlang der Strichrichtung abgebildet, so dass in Messrichtung ein kollimiertes Strahlenbündel entsteht. Furthermore, the radiation source can be imaged by the coupling element of the waveguide and possibly other lenses in one or more virtual radiation sources, which are located on the axis of rotation of the indexing disk. These virtual radiation sources are imaged by the outcoupling element of the waveguide in an infinite distance along the line direction, so that a collimated beam is formed in the measuring direction.

Das Einkoppel- und das Auskoppelelement sind vorteilhaft derart am Wellenleiter angeordnet, dass die Einkopplung auf der dem Auskoppelelement gegenüberliegenden Seite des Wellenleiters erfolgt. Dabei können zwischen der Strahlungsquelle und dem Einkoppelelement zusätzliche Linsen angeordnet sein, um die Einkoppeleffizienz zu erhöhen. Zudem kann das Einkoppelelement selbst so ausgestaltet sein, dass es zur Erhöhung der Einkoppeleffizienz von der Strahlungsquelle stammende, auf das Einkoppelelement auftreffende Strahlen durch Reflexion an einer Prismenfläche oder einer Zylinderfläche in die Ebene des Wellenleiters ablenkt. The coupling-in and the coupling-out element are advantageously arranged on the waveguide such that the coupling takes place on the side of the waveguide opposite the coupling-out element. In this case, additional lenses can be arranged between the radiation source and the coupling element in order to increase the coupling-in efficiency. In addition, the coupling element itself can be designed so that it deflects to increase the Einkoppeleffizienz originating from the radiation source, incident on the coupling element rays by reflection on a prism surface or a cylindrical surface in the plane of the waveguide.

Es ist auch möglich, die zum Wellenleiter gelangende Strahlung am Einkoppelelement ohne nennenswerte Ablenkung senkrecht zur Ebene des (abschnittsweise planaren) Wellenleiters einzukoppeln. It is also possible to couple the radiation reaching the waveguide at the coupling element perpendicular to the plane of the (partially planar) waveguide without appreciable deflection.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, die Strahlung in der Ebene des Wellenleiters umzulenken, etwa indem in den Wellenleiter eine Umlenkoptik integriert wird. Dementsprechend muss der zumindest abschnittsweise planare Wellenleiter sich nicht durchgehend geradlinig erstrecken, sondern er kann beispielsweise in der durch die Hauptflächen des Wellenleiters definierten Ebene abgewickelt sein bzw. zur Ausbildung einer Linsenfunktion an den die Hauptflächen verbindenden (schmaleren) Seitenflächen abschnittsweise gekrümmt sein. In addition, it can be provided to redirect the radiation in the plane of the waveguide, for example, by integrating a deflection optics into the waveguide. Accordingly, the at least partially planar waveguide does not have to extend continuously in a straight line, but instead may be unwound in the plane defined by the main surfaces of the waveguide or be curved in sections to form a lens function at the (narrower) side surfaces connecting the main surfaces.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Hauptflächen des Wellenleiters verspiegelt und/oder mit einer niederbrechenden transparenten Schicht versehen, um die Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung zu reduzieren. According to one embodiment of the invention, the main surfaces of the waveguide are mirrored and / or provided with a low-refractive transparent layer in order to reduce the sensitivity to contamination.

Der Wellenleiter kann vorteilhaft aus Glas gefertigt sein, während das Einkoppelelement und/oder das Auskoppelelement, insbesondere wenn diese nicht einstückig in den Wellenleiter integriert sind, auch aus Kunststoff bestehen können, hergestellt beispielsweise mittels Spritzgusstechnik. Eine Verbindung des Einkoppelelementes bzw. Auskoppelelementes mit dem Grundkörper des Wellenleiters kann dann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Allerdings kann auch der Wellenleiter insgesamt aus Kunststoff bestehen und dabei z.B. als ein Spritzgussteil ausgeführt sein. The waveguide can advantageously be made of glass, while the coupling element and / or the coupling-out element, in particular if they are not integrated in one piece into the waveguide, can also be made of plastic, produced for example by means of injection molding technology. A connection of the coupling element or decoupling element with the main body of the waveguide can then be done for example by gluing. However, the waveguide as a whole may be made of plastic and thereby, e.g. be designed as an injection molded part.

Schließlich kann der Wellenleiter zusätzlich mit einer Abtastplatte der Abtasteinheit versehen sein. Finally, the waveguide may additionally be provided with a scanning plate of the scanning unit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden. Further details and advantages of the invention will become apparent in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.

Es zeigen: Show it:

1A Eine erste Seitenansicht einer Positionsmesseinrichtung in Form einer Winkelmesseinrichtung mit einem Wellenleiter als Kollimator; 1A A first side view of a position measuring device in the form of an angle measuring device with a waveguide as a collimator;

1B eine zweite Seitenansicht der Positionsmesseinrichtung aus 1A; 1B a second side view of the position measuring device 1A ;

1C eine Draufsicht auf die Positionsmesseinrichtung aus den 1A und 1B; 1C a plan view of the position measuring device of the 1A and 1B ;

2A eine Seitenansicht einer Positionsmesseinrichtung in Form einer Längenmesseinrichtung mit einem Wellenleiter als Kollimator; 2A a side view of a position measuring device in the form of a length measuring device with a waveguide as a collimator;

2B eine zweite Seitenansicht der Positionsmesseinrichtung aus 2A; 2 B a second side view of the position measuring device 2A ;

2C eine Draufsicht auf die Positionsmesseinrichtung aus den 2A und 2B; 2C a plan view of the position measuring device of the 2A and 2 B ;

3A eine Seitenansicht einer Abwandlung der Positionsmesseinrichtung aus den 2A bis 2C; 3A a side view of a modification of the position measuring device of the 2A to 2C ;

3B eine Draufsicht auf Komponenten des Wellenleiters der Positionsmesseinrichtung aus 3A; 3B a plan view of components of the waveguide of the position measuring device 3A ;

3C eine Seitenansicht der Komponenten aus 3B; 3C a side view of the components 3B ;

4A eine Draufsicht auf einen Kollimator in Form eines Wellenleiters, parametrisiert in Zylinderkoordinaten; 4A a plan view of a collimator in the form of a waveguide, parameterized in cylindrical coordinates;

4B eine Seitenansicht des Wellenleiters aus 4A; 4B a side view of the waveguide 4A ;

5 eine erste Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B; 5 a first modification of the waveguide from the 1A to 4B ;

6 eine zweite Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B zusammen mit weiteren Komponenten einer Positionsmesseinrichtung; 6 a second modification of the waveguide from the 1A to 4B together with other components of a position measuring device;

7 eine dritte Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B; 7 a third modification of the waveguide from the 1A to 4B ;

8 eine vierte Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B; 8th a fourth modification of the waveguide from the 1A to 4B ;

9 eine fünfte Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B; 9 a fifth modification of the waveguide from the 1A to 4B ;

10 eine sechste Abwandlung der Wellenleiter aus den 1A bis 4B. 10 a sixth modification of the waveguide from the 1A to 4B ,

In den 1A bis 1C ist eine Positionsmesseinrichtung in Form einer Winkelmesseinrichtung in einer ersten Seitenansicht (1A), in einer zweiten Seitenansicht (1B) sowie in einer Draufsicht (1C) dargestellt, wobei bezogen auf die Draufsicht der 1C die erste und zweite Seitenansicht entlang des jeweiligen Doppelpfeils Ia bzw. Ib erfolgt. In the 1A to 1C is a position measuring device in the form of an angle measuring device in a first side view ( 1A ), in a second side view ( 1B ) as well as in a plan view ( 1C ), wherein, based on the top view of 1C the first and second side view along the respective double arrow Ia or Ib takes place.

Die Positionsmesseinrichtung umfasst eine Messteilung 101, die bogenförmig auf einer Teilscheibe 100 verläuft, wobei der bogenförmige Verlauf der Messteilung 101 eine Messrichtung M definiert. Die Messteilung 101 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl entlang der Messrichtung M hintereinander angeordneter und voneinander beabstandeter Teilstriche, die sich jeweils in radialer Richtung R senkrecht zur Messrichtung M erstrecken. Es handelt sich also um eine Inkrementalteilung. The position measuring device comprises a measuring graduation 101 arched on a dividing disk 100 runs, wherein the arcuate course of the measurement graduation 101 defines a measuring direction M. The measurement graduation 101 consists in the embodiment of a plurality along the measuring direction M successively arranged and spaced apart graduations, each extending in the radial direction R perpendicular to the measuring direction M. It is therefore an incremental division.

Die Teilscheibe 100 ist mittels Lagerelementen L auf einer Welle W derart gelagert, dass sie gemeinsam mit der Welle W um die durch die Welle definierte Achse drehbar ist. Der Messteilung 101 der Teilscheibe 100 ist eine Abtasteinheit 1 zugeordnet, mittels der die Messteilung 101 optisch abtastbar ist, um bei einer Drehbewegung der Welle W und damit der Teilscheibe 100 Winkeländerungen erfassen zu können. The dividing disc 100 is supported by means of bearing elements L on a shaft W such that it is rotatable together with the shaft W about the axis defined by the shaft. The measurement division 101 the dividing disk 100 is a scanning unit 1 assigned, by means of the measurement graduation 101 is optically scannable, to a rotational movement of the shaft W and thus the part plate 100 To detect angle changes.

Die Abtasteinheit 1 umfasst eine Strahlungsquelle 11, zum Beispiel in Form einer Lichtquelle, wie einer LED, deren Strahlung der Messteilung 101 zugeführt wird und mit dieser wechselwirkt (und dabei im Ausführungsbeispiel reflektiert wird). Anschließend fällt die Strahlung auf einen Detektor 12, zum Beispiel in Form eines Fotodetektors, welcher elektrische Ausgangssignale erzeugt, die in bekannter Weise einer Auswerteeinheit zugeführt werden, um die mit der Drehbewegung der Welle W und damit der Teilscheibe 100 verbundenen Winkeländerungen anhand der von dem Detektor 12 erzeugten Ausgangssignale (elektrische Signale) bestimmen zu können. The scanning unit 1 includes a radiation source 11 , for example in the form of a light source, such as an LED, whose radiation is the measurement graduation 101 is supplied and interacts with this (and is reflected in the embodiment). Subsequently, the radiation falls on a detector 12 , For example, in the form of a photodetector, which generates electrical output signals which are supplied in a known manner to an evaluation unit to those with the rotational movement of the shaft W and thus the indexing disk 100 associated angular changes on the basis of the detector 12 to be able to determine generated output signals (electrical signals).

Die Positionsmesseinrichtung der 1A bis 1C arbeitet in Reflexion, das heißt, die aus der Strahlenquelle 11 stammende Strahlung wird an der Messteilung 101 reflektiert und gelangt anschließend zu dem Detektor. Die Strahlungsquelle 11 und der Detektor 12 der Abtasteinheit 1 sind dabei im Ausführungsbeispiel auf einem gemeinsamen Träger 10 angeordnet. The position measuring device of 1A to 1C works in reflection, that is, from the radiation source 11 originating radiation is at the measurement graduation 101 reflects and then passes to the detector. The radiation source 11 and the detector 12 the scanning unit 1 are in the embodiment on a common carrier 10 arranged.

Die Strahlungsquelle 11 erzeugt eine divergente Strahlung, die parallelisiert und umgelenkt wird, bevor sie auf die Messteilung 101 trifft. Dabei wird jedoch kein entlang aller Raumrichtungen parallelisiertes Strahlenbündel erzeugt, sondern vielmehr ein Strahlenbündel, welches entlang der Messrichtung M parallelisiert ist, jedoch senkrecht hierzu, also entlang der Erstreckungsrichtung der Teilungsstriche 110 (Strichrichtung) bzw. der radialen Richtung R, deutlich divergent ist. Hierzu dient ein Wellenleiter 2, wie er nachfolgend anhand der 1A bis 1C im Einzelnen beschrieben werden wird. The radiation source 11 creates a divergent radiation that is parallelized and redirected before going to the measurement graduation 101 meets. In this case, however, no bundle of rays parallelized along all spatial directions is produced, but rather a bundle of rays which is parallelized along the measuring direction M, but perpendicularly thereto, that is to say along the extension direction of the graduation lines 110 (Line direction) or the radial direction R, is clearly divergent. This is done by a waveguide 2 , as he explained below using the 1A to 1C will be described in detail.

Der Wellenleiter 2 ist im Ausführungsbeispiel konkret als ein planarer Wellenleiter ausgebildet, mit zwei (ebenen) einander gegenüberliegenden Hauptflächen 26, 27, die sich entlang einer gemeinsamen Ebene (xy-Ebene) erstrecken. An den schmaleren Seitenflächen des Wellenleiters 2 sind dessen Hauptflächen 26, 27 einerseits durch seitliche Begrenzungsflächen 28, 29 und andererseits durch ein Einkoppelelement 21 und ein Auskoppelelement 22 verbunden. The waveguide 2 is embodied in the exemplary embodiment concretely as a planar waveguide, with two (flat) opposing major surfaces 26 . 27 that extend along a common plane (xy plane). At the narrower side surfaces of the waveguide 2 are its main surfaces 26 . 27 on the one hand by lateral boundary surfaces 28 . 29 and on the other hand by a coupling element 21 and a decoupling element 22 connected.

Das Einkoppelelement 21 bildet die Eingangsseite des Wellenleiters 2, durch die hindurch die von der Lichtquelle 11 ausgesandte Strahlung S in den Wellenleiter 2 eingekoppelt wird, und das Auskoppelelement 22 bildet die Ausgangsseite des Wellenleiters 2, durch die hindurch die Strahlung S in Richtung auf die Messteilung 101 aus dem Wellenleiter 2 ausgekoppelt wird. The coupling element 21 forms the input side of the waveguide 2 through which the light source passes 11 emitted radiation S in the waveguide 2 is coupled, and the decoupling element 22 forms the output side of the waveguide 2 , through which the radiation S in the direction of the measurement graduation 101 from the waveguide 2 is decoupled.

Die Ebene, entlang der sich der Wellenleiter 2 mit seinen Hauptflächen 26, 27 erstreckt, (xy-Ebene) verläuft vorliegend parallel zu der Oberfläche der Teilscheibe 100, auf der die Messteilung 101 aufgebracht ist. The plane along which the waveguide 2 with its main surfaces 26 . 27 extends, (xy-plane) in this case runs parallel to the surface of the dividing disk 100 on which the measurement graduation 101 is applied.

Dabei ist der Wellenleiter 2 zwischen der Strahlungsquelle 11 und der Messteilung 101 angeordnet, so dass die von der Strahlungsquelle S ausgesandte Strahlung S zunächst mittels des Einkoppelelementes 21 in den Wellenleiter 2 eingekoppelt und anschließend mittels des Auskoppelelementes 22 aus dem Wellenleiter 2 ausgekoppelt und der Messteilung 101 zugeführt werden kann. Dabei sind das Einkoppelelement 21 und das Auskoppelelement 22 jeweils einstückig mit dem Grundkörper 20 des Wellenleiters 2 ausgebildet. Sie weisen zudem jeweils gegenüber den Hauptflächen 26, 27 bzw. der xy-Ebene geneigte Begrenzungsflächen auf (Ausgestaltung als Einkoppelfacette bzw. Auskoppelfacette). Hierdurch wirken das Einkoppelelement 21 und das Auskoppelelement 22 zugleich als Umlenkelemente. Konkret wird durch die umlenkende Wirkung des Einkoppelelementes 21 die von der Strahlungsquelle S stammende Strahlung derart in den Wellenleiter 2 eingekoppelt, dass sie sich dort entlang der xy-Ebene zwischen den beiden Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters von dem Einkoppelelement 21 zu dem Auskoppelelement 22 ausbreitet – und damit im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung, entlang der die Strahlung S von der Strahlungsquelle 11 ausgesandt wurde. Here is the waveguide 2 between the radiation source 11 and the measurement division 101 arranged so that the emitted radiation from the source S radiation S first by means of the coupling element 21 in the waveguide 2 coupled and then by means of the decoupling element 22 from the waveguide 2 decoupled and the measurement graduation 101 can be supplied. Here are the coupling element 21 and the decoupling element 22 each integral with the body 20 of the waveguide 2 educated. They also point opposite the main surfaces 26 . 27 or the xy plane inclined boundary surfaces (embodiment as Einkoppelfacette or Auskoppelfacette). As a result, the coupling element act 21 and the decoupling element 22 at the same time as deflection elements. Specifically, by the deflecting effect of the coupling element 21 the radiation originating from the radiation source S in such a way in the waveguide 2 coupled in that they are there along the xy plane between the two main surfaces 26 . 27 the waveguide of the coupling element 21 to the decoupling element 22 propagates - and thus substantially perpendicular to the direction along which the radiation S from the radiation source 11 was sent out.

In entsprechender Weise wird durch die umlenkende Wirkung des Auskoppelelementes 22 die aus dem Wellenleiter 2 austretende Strahlung aus der xy-Ebene bzw. der Ebene der Hauptflächen 26, 27 heraus in Richtung auf die Messteilung 101 umgelenkt. Das Auskoppelelement 22 übernimmt hier also auch die Funktion eines Umlenkelements. In a corresponding manner is by the deflecting action of the decoupling element 22 the out of the waveguide 2 emanating radiation from the xy plane or the plane of the main surfaces 26 . 27 out in the direction of the measurement graduation 101 diverted. The decoupling element 22 So here also assumes the function of a deflecting element.

Im Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C sind die eintritts- bzw. austrittsseitigen Begrenzungsflächen des Einkoppel- und des Auskoppelelementes zur gleichzeitigen Bildung eines Umlenkelementes jeweils um 45° zur Wellenleiterebene (Ebene der Hauptflächen 26, 27 bzw. xy-Ebene) geneigt. In the embodiment of 1A to 1C are the entrance and exit side boundary surfaces of the coupling and decoupling element for the simultaneous formation of a deflecting element in each case by 45 ° to the waveguide plane (plane of the main surfaces 26 . 27 or xy plane) inclined.

Das Auskoppelelement 22 ist, wie insbesondere aus 1C hervorgeht, außerdem entlang der Wellenleiterebene bogenförmig gekrümmt, und zwar im Ausführungsbeispiel derart, dass es eine Teilfläche eines Kegelmantels bildet, dessen Spitze in der durch die Welle W bzw. durch die zugehörige Teilscheibe 100 definierten Drehachse liegt, bzw. dass es entlang einer Kreislinie verläuft, deren Mittelpunkt in einer virtuellen Strahlungsquelle V liegt, die im Ausführungsbeispiel mit jener Drehachse zusammenfällt. Der Kegelwinkel ist dabei vorteilhaft etwas größer als 90°, wodurch eine radiale Ablenkung der Strahlen nach außen erreicht wird, um eine Rückreflexion in den Wellenleiter zu vermeiden. The decoupling element 22 is how particular out 1C emerges, in addition arcuately curved along the waveguide plane, in the exemplary embodiment such that it forms a partial surface of a conical surface, the tip in the through the shaft W or through the associated part plate 100 is defined axis of rotation, or that it runs along a circular line whose center lies in a virtual radiation source V, which coincides in the embodiment with that axis of rotation. The cone angle is advantageously slightly greater than 90 °, whereby a radial deflection of the rays is achieved to the outside, to avoid a return reflection into the waveguide.

Anders ausgedrückt verläuft das Auskoppelelement 22 an seiner Austrittsfläche bogenförmig entlang der ebenfalls bogenförmig erstreckten, hiervon beabstandeten Messteilung 101, wie insbesondere anhand 1C deutlich wird. In other words, the decoupling element runs 22 at its exit surface arcuately along the likewise arcuately extending, spaced therefrom measuring graduation 101 as in particular 1C becomes clear.

Aufgrund jener Ausgestaltung des Auskoppelelementes 22 wirkt es auch als Linsenelement (Linsenbereich des Kollimators), denn es wird eine Kollimation/Parallelisierung der den Wellenleiter 2 verlassenden Strahlung entlang der Messrichtung M erreicht, wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 1B und 1C erkennbar. Danach ist die vom Wellenleiter 2 über das Auskoppelelement 22 in Richtung auf die Messteilung 101 abgegebene Strahlung in Messrichtung M parallelisiert, das heißt, entlang dieser Richtung liegen die einzelnen Strahlen des vom Wellenleiter 2 in Richtung auf die Messteilung 101 ausgesandten Strahlenbündels parallel nebeneinander, wie anhand der in 1B beispielhaft eingezeichneten Strahlenanteile S1, S2 erkennbar. Due to that configuration of the decoupling element 22 It also acts as a lens element (lens area of the collimator) because there will be a collimation / parallelization of the waveguide 2 leaving radiation along the measuring direction M, as in particular by means of a synopsis of the 1B and 1C recognizable. After that is the waveguide 2 over the decoupling element 22 in the direction of the measurement graduation 101 emitted radiation in the measuring direction M parallelized, that is, along this direction are the individual rays of the waveguide 2 in the direction of the measurement graduation 101 emitted beam parallel to each other, as shown by the in 1B exemplified beam portions S1, S2 recognizable.

Anders ausgedrückt haben die Strahlenanteile S1, S2 des vom Wellenleiter 2 abgegebenen Strahlenbündels bei einer senkrechten Projektion auf die Messteilung 101 (senkrecht zu der durch die Teilscheibe 100 aufgespannten Ebene (xy-Ebene)) jeweils eine identische Komponente entlang der Messrichtung M, welche im Ausführungsbeispiel der 1B und 1C gleich Null ist, wie aus 1B hervorgeht. In other words, the beam components S1, S2 of the waveguide 2 emitted beam in a vertical projection on the measurement graduation 101 (perpendicular to the through the slice 100 spanned plane (xy plane)) each have an identical component along the measuring direction M, which in the embodiment of the 1B and 1C is zero, like out 1B evident.

Andererseits ist die vom Wellenleiter 2 über das Auskoppelelement 22 auf die Messteilung 101 abgegebene Strahlung senkrecht zur Messrichtung M, nämlich in Strichrichtung bzw. radialer Richtung R divergent, wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 1A und 1C hervorgeht. Das heißt, die einzelnen auf die Messteilung 101 auftreffenden Strahlenanteile weisen bei senkrechter Projektion auf die Messteilung 101 unterschiedliche Komponenten entlang der radialen Richtung R auf, wie anhand der beiden in 1A beispielhaft dargestellten, auf die Messteilung 101 auftreffenden Strahlen sehr deutlich wird. Dies wird durch die ebenfalls in 1A erkennbare mehrfache Reflexion der Strahlen an den Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2 erreicht, wobei die einzelnen Strahlen an unterschiedlichen Stellen der Hauptflächen und gegebenenfalls unterschiedlich oft reflektiert werden. On the other hand, that of the waveguide 2 over the decoupling element 22 on the measurement division 101 emitted radiation perpendicular to the measuring direction M, namely divergent in the stroke direction or radial direction R, in particular from a synopsis of 1A and 1C evident. That is, the individual on the measurement division 101 incident beam components point at vertical projection on the measurement graduation 101 different components along the radial direction R, as shown by the two in 1A exemplified, on the measurement division 101 impinging rays becomes very clear. This is through the likewise in 1A recognizable multiple reflection of the rays at the major surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 achieved, wherein the individual rays are reflected at different points of the major surfaces and possibly different times.

Die Anordnung der 1A bis 1C arbeitet dabei nach dem Prinzip der sogenannten Direktabtastung der Messteilung 101, d.h., ohne eine der Abtasteinheit 1 zugeordnete Abtastteilung, indem die Messteilung 101 direkt per Schattenwurf oder über eine Talbot-Abbildung auf den strukturierten Detektor 12 abgebildet wird. The arrangement of 1A to 1C works according to the principle of the so-called direct sampling of the measurement graduation 101 that is, without one of the scanning unit 1 associated sample division by the measurement graduation 101 directly by shadow or over a Talbot image on the structured detector 12 is shown.

Der Ausgestaltung der Positionsmesseinrichtung gemäß den 1A bis 1C liegen insbesondere die folgenden Überlegungen zugrunde:
Durch die Ausgestaltung des Auskoppelelementes 22 als (vorliegend einstückig in den Grundkörper 22 des Wellenleiters 2 integriertes) Bogenstück werden Strahlen, die aus dem Bogenstückmittelpunkt kommen, wo die virtuelle Strahlungsquelle V und der Mittelpunkt der Messteilung 101 liegt, entlang der Erstreckungsrichtung des Bogenstückes kollimiert bzw. parallelisiert. Wird das als Auskoppelelement 22 dienende Bogenstück so ausgestaltet, dass dessen Krümmung mit der der Maßverkörperung bzw. Messteilung 101 übereinstimmt und sich dabei entlang dieser erstreckt, so führt die Parallelisierung der Strahlung entlang der gekrümmten Erstreckungsrichtung des als Auskoppelelement 22 dienenden Bogenstückes parallel zu der Wellenleiterebene gleichzeitig zu der gewünschten Parallelisierung der Strahlung S entlang der Messrichtung M bzw. gekrümmten Erstreckung der Messteilung 101.
The embodiment of the position measuring device according to the 1A to 1C In particular, the following considerations apply:
Due to the design of the decoupling element 22 as (in this case in one piece in the main body 22 of the waveguide 2 integral) elbow become rays that come from the elbow midpoint where the virtual radiation source V and the midpoint of the measurement graduation 101 is collimated along the extension direction of the elbow piece or parallelized. Is that as a decoupling element 22 Serving elbow configured so that the curvature of the measuring scale or measuring graduation 101 coincides and extends along this, the parallelization of the radiation leads along the curved extension direction of the outcoupling element 22 serving elbow parallel to the waveguide plane at the same time to the desired parallelization of the radiation S along the measuring direction M or curved extent of the measuring graduation 101 ,

Dabei dient dieses derart als Linsenelement wirkende Auskoppelelement 22 gleichzeitig – wegen seiner Neigung bezüglich der Wellenleiterebene, z. B. um 45° – als ein Umlenkelement, mit dem die sich zunächst innerhalb des Wellenleiters 2 entlang dessen Ebene fortpflanzende Strahlung quer dazu in Richtung auf die außerhalb der Wellenleiterebene gelegene Messteilung 101 umgelenkt werden kann. In this case, this acting as a lens element decoupling serves 22 at the same time - because of its inclination with respect to the waveguide plane, z. B. by 45 ° - as a deflecting element, with which the first within the waveguide 2 along its plane propagating radiation transversely thereto in the direction of lying outside the waveguide plane measuring graduation 101 can be redirected.

Ein derartiges Umlenkelement mit Kollimatorfunktion ist etwa vergleichbar mit einem Ausschnitt eines Parabolspiegels und lässt sich als „Off-Axis-Parabolspiegel“ bezeichnen. Würde ein der Umlenkung und Kollimation dienendes Auskoppelelement des Wellenleiters 2 so ausgestaltet, dass hiermit ein entlang aller Raumrichtungen kollimiertes/parallelisiertes Strahlungsbündel erzeugt wird, so ist hiermit – wie auch bei einem konventionellen Linsensystem – eine substantielle Bauhöhe der Gesamtanordnung senkrecht zur Teilscheibe 100, also entlang der z-Achse der 1A und 1B, verbunden. Dieses Problem kann jedoch überwunden werden, indem die Anordnung so ausgestaltet wird, dass das aus dem Wellenleiter 2 austretende Strahlungsbündel senkrecht zur Messrichtung M, nämlich entlang der Strichrichtung der Messteilung 101 bzw. entlang radialen Richtung R, ein Divergenz aufweist. Hierdurch lässt sich, wie insbesondere anhand 1A deutlich wird, bei geringerem Abstand zwischen der Abtasteinheit 1, umfassend die Strahlungsquelle 11, den Wellenleiter 2 und die Detektoranordnung 12, einerseits und der Messteilung 101 andererseits, die Messteilung 101 entlang der Strichrichtung (radialen Richtung R) vollständig ausleuchten. Such a deflection element with collimator function is approximately comparable to a section of a parabolic mirror and can be described as an "off-axis parabolic mirror". Would one of the deflection and collimation serving decoupling element of the waveguide 2 designed so that hereby a collimated / parallelized along all spatial directions radiation beam is generated, it is hereby - as in a conventional lens system - a substantial overall height of the overall arrangement perpendicular to the indexing disk 100 , ie along the z-axis of the 1A and 1B , connected. However, this problem can be overcome by designing the assembly to be out of the waveguide 2 emerging radiation beam perpendicular to the measuring direction M, namely along the stroke direction of the measuring graduation 101 or along the radial direction R, a divergence. This can be, as in particular based 1A becomes clear, with less distance between the scanning unit 1 comprising the radiation source 11 , the waveguide 2 and the detector assembly 12 , on the one hand, and the measurement graduation 101 on the other hand, the measurement graduation 101 fully illuminate along the dash direction (radial direction R).

Zur Erzielung dieser Effekte ist die Positionsmesseinrichtung derart auszugestalten, dass – bei einer Projektion des Systems in die xy-Ebene, entlang der sich der Wellenleiter 2 sowie die Teilscheibe 100 erstrecken – die von der Strahlungsquelle 11 ausgesandte Strahlung aus einer virtuellen Strahlungsquelle V zu kommen scheint, die einen Mittelpunkt des Kreisbogens bildet, dem die Kontur des Auskoppelelementes folgt. Dies wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die umlenkende Wirkung des Einkoppelelements 21 erreicht. In der hierzu senkrechten Ebene (xz-Ebene) betrachtet, darf die Strahlung aber gerade nicht jener virtuellen Lichtquelle V entspringen, da ansonsten die Strahlung auch in Strichrichtung bzw. radialer Richtung R parallelisiert wäre. Dies wird vorliegend dadurch vermieden, dass die einzelnen Strahlen des Strahlenbündels S innerhalb des Wellenleiters 2 in unterschiedlicher Weise, insbesondere auch unterschiedlich häufig, an dessen entlang der xz-Ebene voneinander beabstandeten und quer hierzu erstreckten Hauptflächen 26, 27 reflektiert werden. Daher ist die Strahlung beim Austritt aus dem Wellenleiter 2 über das Auskoppelelement 22 senkrecht zu der Ebene des Wellenleiters 2 divergent, also nicht kollimiert, was sodann bei entsprechender Umlenkung der Strahlung am Auskoppelelement 22 in Richtung auf die Messteilung 101 dazu führt, dass eine Divergenz in Strichrichtung der Messteilung 101 bzw. in radialer Richtung R vorliegt. To achieve these effects, the position measuring device is to be designed in such a way that, when the system is projected into the xy plane along which the waveguide runs 2 as well as the part disc 100 extend - that of the radiation source 11 emitted radiation appears to come from a virtual radiation source V, which forms a center of the arc, which follows the contour of the decoupling element. This is in the present embodiment by the deflecting effect of the coupling element 21 reached. However, in the plane (xz-plane) perpendicular thereto, the radiation must not originate from the virtual light source V, otherwise the radiation would also be parallelized in the line direction or in the radial direction R. This is avoided in the present case in that the individual rays of the beam S within the waveguide 2 in different ways, in particular also with varying frequency, at its along the xz plane spaced apart and transversely extending main surfaces 26 . 27 be reflected. Therefore, the radiation is at the exit from the waveguide 2 over the decoupling element 22 perpendicular to the plane of the waveguide 2 divergent, that is not collimated, what then with appropriate deflection of the radiation at the coupling element 22 in the direction of the measurement graduation 101 This causes a divergence in the dash direction of the measurement graduation 101 or in the radial direction R is present.

Im Ergebnis nutzt die in den 1A bis 1C dargestellte Anordnung die kombinierten Effekte eines Einkoppelelements 21, eines Wellenleiters 2 und eines Auskoppelelements 22, welches auch ein langbrennweitiges Linsenelement und ein Umlenkelement darstellt, sowie einer zugehörigen divergenten Strahlungsquelle, um dadurch, wie gewünscht, zur Abtastung einer Messteilung 101 eine in Messrichtung M kollimierte und senkrecht hierzu, entlang der Strichrichtung, divergente Strahlung zu erhalten. Dabei ist für die Kollimation der Strahlung in Messrichtung insbesondere das Verhältnis aus dem Radius des in der Wellenleiterebene bogenförmigen Auskoppelelementes 22 zur Größe der Strahlungsquelle von Bedeutung. Der Radius des bogenförmigen Auskoppelelements stellt damit eine effektive Brennweite einer Linse dar, die das Strahlenbündel senkrecht zur Messrichtung kollimiert. Die Divergenz der Strahlung in Strichrichtung wird vor allem durch die Wirkweise des Wellenleiters 2 aufgrund dessen unterschiedlicher Funktionsflächen bestimmt, wie nachfolgend anhand weiterer Ausführungsbeispiele noch im Einzelnen deutlich werden wird. As a result, the uses in the 1A to 1C illustrated arrangement, the combined effects of a coupling element 21 , a waveguide 2 and a decoupling element 22 which also constitutes a long focal length lens element and a deflecting element, and an associated divergent radiation source to thereby, as desired, scan a measuring graduation 101 a collimated in the measuring direction M and perpendicular thereto, along the line direction, to obtain divergent radiation. In this case, for the collimation of the radiation in the measuring direction, in particular the ratio of the radius of the decoupling element which is curved in the waveguide plane 22 to the size of the radiation source of importance. The radius of the arcuate decoupling element thus represents an effective focal length of a lens, which collimates the beam perpendicular to the measuring direction. The divergence of the radiation in line direction is mainly due to the mode of action of the waveguide 2 determined on the basis of its different functional areas, as will be made clear in detail below with reference to further embodiments.

Um die gewünschte Kollimierung bzw. Parallelisierung der Strahlung in der Wellenleiterebene und dabei im Wesentlichen quer zur Hauptfortpflanzungsrichtung der Strahlung, also entlang der y-Richtung bzw. entlang der Messrichtung M, nicht zu beeinträchtigen, soll, wie bereits erwähnt, eine Reflexion der sich im Wellenleiter 2 fortpflanzenden Strahlung an den schmaleren Seitenflächen 28, 29 des Wellenleiters 2, vergleiche etwa 1A bis 1C, verhindert werden (Erhalt des Linsenprinzips). Denn jeder an den schmaleren Seitenflächen 28, 29 reflektierte Strahl führt zu einer Abweichung von der gewünschten Kollimierung der Strahlung in Messrichtung M. In order not to impair the desired collimation or parallelization of the radiation in the waveguide plane and thereby substantially transversely to the main propagation direction of the radiation, ie along the y-direction or along the measuring direction M, as already mentioned, a reflection in the waveguides 2 reproductive radiation at the narrower side surfaces 28 . 29 of the waveguide 2 , compare for example 1A to 1C , be prevented (preservation of the lens principle). Because everyone on the narrower side surfaces 28 . 29 reflected beam leads to a deviation from the desired collimation of the radiation in the direction of measurement M.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird angestrebt, dass alle Strahlen, die das Auskoppelelement 22 erreichen, aus dem Mittelpunkt des durch das Auskoppelelement 22 definierten Kreisbogenstücks als virtueller Lichtquelle V zu kommen scheinen. Alle anderen Strahlen, nämlich solche, die auf eine der schmalen Seitenflächen 28, 29 des Wellenleiters 2 auftreffen, müssen daher möglichst weitgehend absorbiert oder ausgekoppelt werden. Die senkrecht zur Wellenleiterebene erstreckten Seitenflächen 28, 29 des Wellenleiters 2 können daher strahlungsabsorbierend oder -auskoppelnd ausgeführt sein, um Streulichtunterdrückung zu erreichen. In other words, it is desirable that all the beams that are the decoupling element 22 reach, from the center of the through the decoupling element 22 defined circular arc piece as a virtual light source V seem to come. All other rays, namely those on one of the narrow side surfaces 28 . 29 of the waveguide 2 must therefore be absorbed or decoupled as far as possible. The perpendicular to the waveguide plane extending side surfaces 28 . 29 of the waveguide 2 may therefore be designed to absorb or couple out radiation in order to achieve scattered light suppression.

Zur Auskopplung auftreffender Strahlung können die Seitenflächen 28, 29 des Wellenleiters 2 beispielsweise eine schuppenartige Struktur aufweisen. Der Winkel der Schuppen ist dabei so anzupassen, dass eine resultierende Reflexion durch Totalreflexion möglichst verhindert wird. D. h., die auszukoppelnden Lichtstrahlen sollten möglichst senkrecht auf die jeweilige lokale Austrittsfläche der Schuppenstruktur auftreffen. For decoupling impinging radiation, the side surfaces 28 . 29 of the waveguide 2 for example, have a scale-like structure. The angle of the scales is to be adjusted so that a resulting reflection by total reflection is prevented as possible. In other words, the light beams to be coupled out should impinge on the respective local exit surface of the scale structure as perpendicularly as possible.

An den Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2, die sich entlang der Wellenleiterebene erstrecken bzw. diese definieren, ist demgegenüber eine Reflexion der sich im Wellenleiter fortpflanzenden Strahlung ausdrücklich gewünscht, um die angestrebte Divergenz der ausgekoppelten Strahlung in Strichrichtung der Messteilung zu erreichen. Hierzu können jene Flächen 26, 27 des Wellenleiters 2 reflektiv beschichtet sein, z. B. mittels Al, Au oder einer dielektrischen Schicht, oder sie erreichen ihre Wirkung über Totalreflexion. Da diese jeweils nur für einen bestimmten Winkelbereich erzielbar ist, können die beiden vorgenannten Varianten – abhängig von der verwendeten Lichtquelle – zu unterschiedlichen Ergebnissen hinsichtlich der aus dem Wellenleiter 2 ausgekoppelten Strahlung führen. At the main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 In contrast, a reflection of the radiation propagating in the waveguide is expressly desired in order to achieve the desired divergence of the coupled-out radiation in the line direction of the measuring graduation, which extend along the waveguide plane or define it. For this purpose, those surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 be reflective coated, z. B. by Al, Au or a dielectric layer, or they reach their effect on total reflection. Since these can only be achieved for a specific angular range, the two aforementioned variants-depending on the light source used-can lead to different results with respect to the waveguide 2 lead out decoupled radiation.

Auch bei Nutzung des Prinzips der Totalreflexion kann daher vorteilhaft eine Beschichtung der Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2 vorgesehen sein, die einen niedrigeren Brechungsindex als das Material des Grundkörpers 20 des Wellenleiters 2 aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkungsweise der Totalreflexion auch bei äußerer Verschmutzung des Wellenleiters erhalten bleibt. Der maximale Winkel der Totalreflexion hängt dann allerdings vom Brechungsindex der Beschichtung ab. Even when using the principle of total reflection can therefore advantageously a coating of the main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 be provided, which has a lower refractive index than the material of the main body 20 of the waveguide 2 having. This has the advantage that the effect of total reflection is maintained even with external contamination of the waveguide. However, the maximum angle of total reflection then depends on the refractive index of the coating.

Auch weitere Umlenkflächen am Wellenleiter 2 können beschichtet sein oder – wenn es der Umlenkwinkel zulässt – das Prinzip der Totalreflexion nutzen. Also further deflection surfaces on the waveguide 2 can be coated or - if the deflection angle permits - use the principle of total reflection.

In den 2A bis 2C ist eine Anwendung der anhand der 1A bis 1C erläuterten Prinzipien auf eine Positionsmesseinrichtung in Form einer Längenmesseinrichtung dargestellt, bei welcher anstatt einer Teilscheibe mit einer bogenförmig verlaufenden Messteilung ein (in x-Richtung) längserstreckter Maßstab 200 mit einer geradlinig erstreckten Messteilung 201 abzutasten ist. Die Erstreckungsrichtung des Maßstabes 200 und der hierauf vorgesehenen Messteilung 201 (x-Richtung) definiert dabei zugleich die Messrichtung M, entlang der der Maßstab 200 und die zugehörige Abtasteinheit 1 zueinander beweglich sind, wobei durch Abtastung der Messteilung 201 mittels der Abtasteinheit 1 Positionsänderungen der Abtasteinheit 1 relativ zu dem Maßstab 200 bestimmbar sind. In the 2A to 2C is an application of the 1A to 1C explained principles to a position measuring device in the form of a length measuring device shown, in which instead of a part disc with an arcuate measuring graduation one (in the x-direction) elongated scale 200 with a rectilinear measuring graduation 201 is to be sampled. The extension direction of the scale 200 and the measurement graduation provided thereon 201 (x-direction) defines at the same time the measuring direction M along which the scale 200 and the associated scanning unit 1 are movable relative to each other, wherein by sampling the measuring graduation 201 by means of the scanning unit 1 Position changes of the scanning unit 1 relative to the scale 200 are determinable.

Die Messteilung 201 ist auch in diesem Fall ausgebildet als Messteilung mit einer Mehrzahl entlang der Messrichtung M hintereinander angeordneter und voneinander beabstandeter, quer zur Messrichtung M erstreckter Teilungsstriche 210. The measurement graduation 201 is also formed in this case as measuring graduation with a plurality along the measuring direction M successively arranged and spaced from each other, transversely to the measuring direction M extending graduation marks 210 ,

In einer Abwandlung der Ausgestaltung aus den 1A bis 1C ist vorliegend das Einkoppelelement 21’ des Wellenleiters 2 in vertikaler Richtung gekrümmt, um durch einen Linseneffekt die Einkoppeleffizienz zu erhöhen. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2 mit einer Spiegelschicht versehen sind (was auch im Fall der Positionsmesseinrichtung der 1A bis 1C denkbar ist). In a modification of the embodiment of the 1A to 1C is present the coupling element 21 ' of the waveguide 2 curved in the vertical direction to increase the Einkoppeleffizienz by a lens effect. Furthermore, it can be advantageously provided that the main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 are provided with a mirror layer (which also in the case of the position measuring device of 1A to 1C is conceivable).

Das Auskoppelelement 22’ ist vorliegend wiederum horizontal, also entlang der Wellenleiterebene, gekrümmt ausgeführt, dabei aber vorliegend insbesondere asphärisch gekrümmt, um die von der Strahlungsquelle 11 über das Einkoppelelement 21’ in den Wellenleiter 2 eingekoppelte Strahlung entlang der linearen Messrichtung M zu kollimieren bzw. parallelisieren. The decoupling element 22 ' is here in turn horizontally, that is, along the waveguide plane, curved, but in the present case in particular aspherically curved to that of the radiation source 11 via the coupling element 21 ' in the waveguide 2 coupled radiation along the linear measuring direction M to collimate or parallelize.

Das Auskoppelelement 22’ ist in vertikaler Richtung eben und verläuft vorliegend beispielhaft senkrecht, also nicht schräg, zur Wellenleiterebene bzw. den Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2. Stattdessen ist dem Auskoppelelement 22’ ein separates Umlenkelement 23 nachgeordnet, an dem die über das Auskoppelelement 22’ aus dem Wellenleiter 2 austretende Strahlung reflektiert und in Richtung auf die Messteilung 201 abgelenkt wird. Das Auskoppelelement dient also auch als Linsenelement. The decoupling element 22 ' is flat in the vertical direction and in the present case runs as an example perpendicularly, ie not obliquely, to the waveguide plane or the main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 , Instead, the decoupling element 22 ' a separate deflecting element 23 downstream, on which the over the coupling element 22 ' from the waveguide 2 emerging radiation reflected and towards the measurement graduation 201 is distracted. The decoupling element thus also serves as a lens element.

Weiterhin erfolgt beim Ausführungsbeispiel der 2A bis 2C, wie es auch bei der Positionsmesseinrichtung der 1A bis 1C möglich wäre, die Abtastung der Messteilung 201 über eine der Abtasteinheit 1 zugeordnete, vorliegend auf einem Träger 15 der Abtastteilung 1 angeordnete, Abtastteilung 16. Konkret wird bei der Positionsmesseinrichtung der 2A bis 2C die Strahlung nach der Wechselwirkung mit der Messteilung 201 der Detektoranordnung 12 über die Abtastteilung 16 zugeführt; d. h., die Messteilung 201 wird über die Abtastteilung 16 auf den strukturierten Detektor 12 abgebildet (z. B. Vernierabtastung). Furthermore, in the embodiment of the 2A to 2C as is the position measuring device of the 1A to 1C it would be possible to sample the measurement graduation 201 via one of the scanning unit 1 assigned, in this case on a support 15 the scanning graduation 1 arranged scanning graduation 16 , Specifically, at the Position measuring device of 2A to 2C the radiation after the interaction with the measuring graduation 201 the detector assembly 12 about the scanning pitch 16 supplied; ie, the measurement graduation 201 is about the scanning pitch 16 on the structured detector 12 mapped (eg vernier scan).

In den 3A bis 3C ist eine Abwandlung der in den 2A bis 2C gezeigten Positionsmesseinrichtung in Form einer Längenmesseinrichtung dargestellt. In the 3A to 3C is a modification of the in the 2A to 2C shown position measuring device in the form of a length measuring device.

Ein Unterschied besteht darin, dass gemäß den 3A bis 3C die Abtastteilung 16 nicht auf einem zusätzlichen Träger der Abtasteinheit vorgesehen ist, sondern vielmehr in den Wellenleiter 2 integriert ist, indem sie z.B. an der einen Hauptfläche 27 des Wellenleiters 2 ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um eine innenliegende Abtastteilung, damit eine mögliche erhöhte Reflexion des sich im Wellenleiter 2 fortpflanzenden Strahlungsbündels am Abtastgitter nicht mit einer Weiterleitung der am Abtastgitter reflektierten Strahlung in Richtung der Detektoranordnung 12 einhergehen kann. One difference is that according to the 3A to 3C the scanning graduation 16 is not provided on an additional carrier of the scanning unit, but rather in the waveguide 2 is integrated, for example, by one main surface 27 of the waveguide 2 is trained. This is advantageously an internal scanning graduation, so that a possible increased reflection in the waveguide 2 propagating radiation beam at the scanning grating not with a forwarding of the radiation reflected at the scanning grating in the direction of the detector array 12 can go along.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass beim Ausführungsbeispiel der 3A bis 3C das Einkoppelelement 21s und das Auskoppelelement 22s jeweils als vom Grundkörper 20 des Wellenleiters 2 separate Elemente ausgebildet sind. Die beiden Elemente 21s, 22s können beispielsweise aus Kunststoff bestehen und insbesondere durch Spritzgießen hergestellt sein. Das Einkoppelelement 21s stimmt dabei hinsichtlich seiner Geometrie mit dem Einkoppelelement 21’ der 2A bis 2C überein. Es weist jedoch an seiner geneigt-gekrümmten Einkoppelfläche vorliegend zusätzlich eine Rückflächenverspiegelung auf. Another difference is that in the embodiment of the 3A to 3C the coupling element 21s and the decoupling element 22s each as from the main body 20 of the waveguide 2 separate elements are formed. The two elements 21s . 22s may for example be made of plastic and in particular be made by injection molding. The coupling element 21s agrees with respect to its geometry with the coupling element 21 ' of the 2A to 2C match. However, it has at its present inclined-curved coupling surface in addition to a Rückflächenverspiegelung.

Weiterhin können am Einkoppelelement 21s Führungsmittel, z. B. in Form von Laschen, vorgesehen sein, um das Einkoppelelement (vertikal und/oder horizontal) bezüglich des Wellenleiters 2 ausrichten zu können. Furthermore, at the coupling element 21s Guiding means, e.g. B. in the form of tabs, be provided to the coupling element (vertical and / or horizontal) with respect to the waveguide 2 to be able to align.

Ausgangsseitig, also an seinem dem Einkoppelelement 21s abgewandten Ende, ist die Austrittsfläche des Wellenleiters 2 bezüglich der ebenen Hauptflächen 26, 27 abgeschrägt und mit einem separaten Auskoppelelement 22s, z.B. in Form einer Linsenplatte (Linsenelement), versehen, die an ihrer Oberfläche eine Fresnelzylinderlinse trägt, wie anhand der zur 3B gehörenden Detaildarstellung erkennbar. On the output side, ie at its the coupling element 21s opposite end, is the exit surface of the waveguide 2 concerning the plane main surfaces 26 . 27 bevelled and with a separate decoupling element 22s , For example, in the form of a lens plate (lens element), provided, which carries on its surface a Fresnel cylindrical lens, as with reference to the 3B recognizable detail display recognizable.

Hierdurch wird die angestrebte Kollimation des Strahlungsbündels in Messrichtung M erzielt. Durch die Anordnung des Auskoppelelementes 22s an der abgeschrägten Austrittsfläche des Wellenleiters 2 wird zudem die gewünschte Umlenkung in Richtung auf die Messteilung 201 erreicht (Umlenkelement). As a result, the desired collimation of the radiation beam in the measuring direction M is achieved. By the arrangement of the decoupling element 22s at the beveled exit surface of the waveguide 2 In addition, the desired deflection in the direction of the measurement graduation 201 reached (deflecting element).

Das Einkoppelelement 21s und das Auskoppelelement 22s können dabei jeweils in geeigneter Weise, z. B. durch Verkleben, auf die Eintritts- bzw. Austrittsfläche des Wellenleiters 2 aufgebracht sein. Die das Auskoppelelement 22s bildende Linsenplatte kann anstelle einer Fresnelstruktur beispielsweise auch eine Beugungsstruktur aufweisen, insbesondere eine Vier-Stufen-Beugungsstruktur. The coupling element 21s and the decoupling element 22s can each be suitably, z. B. by gluing, on the entrance or exit surface of the waveguide 2 be upset. The the decoupling element 22s forming lens plate may, for example, instead of a Fresnel structure also have a diffraction structure, in particular a four-stage diffraction structure.

In bestimmten Fällen kann, je nach Ausgestaltung der Positionsmesseinrichtung, eine größere Divergenz des Strahlenbündels in Strichrichtung der Messteilung erwünscht sein als mit einem Wellenleiter anhand der vorstehend erläuterten Prinzipien unmittelbar erreichbar. Dies gilt insbesondere in solchen Fällen, in denen mit der die Messteilung abtastenden Strahlung eine besonders breite Ausleuchtung in Strichrichtung angestrebt wird. Eine weitere Anforderung kann ein besonders homogenes Strahlprofil in einem bestimmten Abstand sein. In certain cases, depending on the design of the position measuring device, a greater divergence of the beam in the line direction of the measurement graduation may be desirable than with a waveguide directly accessible on the basis of the principles explained above. This applies in particular in those cases in which a particularly broad illumination in the line direction is sought with the radiation which scans the measuring graduation. Another requirement may be a particularly homogeneous beam profile at a certain distance.

Als Ausgangsbasis für weitere Modifikationen des Wellenleiters, um gezielt eine bestimmte Art der Ausleuchtung einer Messteilung zu erreichen, kann eine Darstellung des Wellenleiters in Zylinderkoordinaten r, h, ϕ dienen, wie in den 4A und 4B in einer Draufsicht des Wellenleiters sowie einer zugehörigen Seitenansicht dargestellt, was insbesondere für Winkelmesseinrichtungen, bei denen die Messrichtung M bogenförmig verläuft, zweckmäßig sein kann. As a starting point for further modifications of the waveguide in order to achieve a specific type of illumination of a measuring graduation, a representation of the waveguide in cylindrical coordinates r, h, φ can be used, as in FIGS 4A and 4B shown in a plan view of the waveguide and an associated side view, which may be particularly useful for angle measuring devices in which the measuring direction M arcuate.

Hiervon ausgehend können unterschiedliche Konturen des Auskoppelelementes 22 entwickelt werden, welches insbesondere kollimierende und umlenkende Eigenschaften vereinen kann, wobei einerseits eine Kollimierung der Strahlung in Messrichtung M sichergestellt werden soll, gleichzeitig aber eine bestimmte Divergenz in Strichrichtung (senkrecht zur Messrichtung M) angestrebt wird. On this basis, different contours of the decoupling element 22 be developed, which in particular can unite collimating and deflecting properties, on the one hand a collimation of the radiation in the measuring direction M is to be ensured, but at the same time a certain divergence in the stroke direction (perpendicular to the measuring direction M) is desired.

Konkrete Ausgestaltungen eines Wellenleiters, mit welchem die vorgenannten Ziele erreichbar sind, werden nachfolgend, insbesondere anhand der 6 ff., noch näher erläutert werden. Concrete embodiments of a waveguide, with which the aforementioned objectives can be achieved, are hereinafter, in particular with reference to 6 ff., will be explained in more detail.

Gemäß einer Ausgestaltung des Wellenleiters 2, wie in 5 in einer Seitenansicht dargestellt, ist zur Verbesserung der Strahlungsausbeute das Einkoppelelement 21’’ des Wellenleiters 2 vertikal linsenförmig gekrümmt. Diese Krümmung beeinflusst die Strahleneigenschaften auch am Austrittsbereich der Strahlung aus dem Wellenleiter 2 (am Auskoppelelement 22). Konkret kann hiermit die Divergenz der Strahlung variiert werden, insbesondere reduziert werden. Dabei kann die Strahlungsquelle 11 beispielhaft auch unmittelbar vor dem Einkoppelelement 21’’ angeordnet sein. According to an embodiment of the waveguide 2 , as in 5 shown in a side view, the coupling element is to improve the radiation efficiency 21 '' of the waveguide 2 vertically lenticular curved. This curvature also affects the radiation properties at the exit region of the radiation from the waveguide 2 (on the coupling element 22 ). Specifically, the divergence of the radiation can hereby be varied, in particular reduced. In this case, the radiation source 11 for example, immediately before the coupling element 21 '' be arranged.

So wird durch die gekrümmte Ausgestaltung des Einkoppelelementes 21’’, wie in 5 erkennbar, die durchschnittliche Anzahl der Reflexionen der Strahlung an den Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2 reduziert. Dies führt nicht nur zu einer Abschwächung der Divergenz der austretenden Strahlung, sondern erhöht auch den Strahlungsdurchsatz, da bei jeder Reflexion ein gewisser Strahlungsanteil verloren geht. This is due to the curved configuration of the coupling element 21 '' , as in 5 Recognizable, the average number of reflections of the radiation on the main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 reduced. This not only leads to a weakening of the divergence of the exiting radiation, but also increases the radiation throughput, since with each reflection a certain amount of radiation is lost.

Gemäß 6 kann das Auskoppelelement 22’’ des Wellenleiters 2 ein stufiges Profil aufweisen, mit zwei oder mehr (stufig zueinander abgesetzten) Schrägflächen 22a, 22b, ..., die als Teilflächen des Auskoppelelementes 22’’ mit Umlenkwirkung die auftreffende Strahlung S in einzelne Strahlungsbündel aufspalten, die beispielsweise unterschiedlichen (voneinander beabstandeten) Messteilungen 201, 202 bzw. unterschiedlichen Teilungsspuren einer Messteilung auf einem Maßstab 200 zugeführt werden. According to 6 can the decoupling element 22 '' of the waveguide 2 have a stepped profile, with two or more (staggered to each other) inclined surfaces 22a . 22b , ..., as part surfaces of the decoupling element 22 '' divide the incident radiation S into individual radiation beams with deflection effect, for example, the different (spaced-apart) measuring divisions 201 . 202 or different division tracks of a measurement graduation on a scale 200 be supplied.

Im Ausführungsbeispiel der 6 sind die Teilflächen 22a, 22b, ... jeweils voneinander beabstandet und beispielhaft durch horizontal (entlang der Wellenleiterebene) verlaufende Flächenabschnitte miteinander verbunden. In the embodiment of 6 are the faces 22a . 22b , ... each spaced from each other and, for example, interconnected by horizontally (along the waveguide plane) extending surface portions.

Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der 1A bis 6 wurde zunächst von einem aus Glas bestehenden Wellenleiter 2 ausgegangen, auch wenn gemäß der Ausführungsform der 3A bis 3C das jeweils zugeordnete Einkoppel- und Auskoppelelement 21s, 22s als separate Bauelemente in Form von Kunststoffteilen beschrieben sind. Allerdings lässt sich gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, auch der Wellenleiter 2 als Ganzes, also mit seinem Grundkörper 20 und gegebenenfalls auch einschließlich des Einkoppel- und Auskoppelelementes (ggf. mit Linsen- und Umlenkwirkung), aus Kunststoff herstellen, insbesondere durch Spritzgießen. In the description of the embodiments with reference to 1A to 6 was initially made of a glass waveguide 2 assumed, even if according to the embodiment of the 3A to 3C the respectively assigned coupling and decoupling element 21s . 22s are described as separate components in the form of plastic parts. However, according to another embodiment, as in 7 represented, also the waveguide 2 as a whole, so with his body 20 and possibly also including the coupling and decoupling element (possibly with lens and deflection effect), made of plastic, in particular by injection molding.

Da sich bei einem aus Kunststoff bestehenden Lichtleiter vollkommen plane Flächen nur schwer herstellen lassen, ist es in diesem Fall zweckmäßig, zumindest die beiden Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2, an welchen die Strahlung bei ihrer Fortpflanzung entlang des Wellenleiters 2 (mehrfach) reflektiert wird, geringfügig gekrümmt auszubilden, wie in 7 dargestellt. Dabei verlaufen die beiden geringfügig gekrümmten Hauptflächen 26, 27 des Wellenleiters 2 in dem Sinne parallel zueinander, dass der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen 26, 27 konstant gehalten wird. Auch ein solcher Wellenleiter 2 stellt einen planaren Wellenleiter im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Since completely flat surfaces are difficult to produce in a light guide made of plastic, it is expedient in this case, at least the two main surfaces 26 . 27 of the waveguide 2 at which the radiation propagates along the waveguide 2 (multiply) is reflected, slightly curved form, as in 7 shown. Here, the two slightly curved main surfaces run 26 . 27 of the waveguide 2 in the sense parallel to each other, that the distance between the two main surfaces 26 . 27 is kept constant. Also such a waveguide 2 represents a planar waveguide in the context of the present invention.

Die Linsenwirkung eines derartigen Wellenleiters 2, die zur Parallelisierung der Strahlung entlang der Messrichtung führt und insbesondere durch die Ausgestaltung des Auskoppelelementes erreicht wird, ist von der geringfügigen Krümmung der Hauptflächen 26, 27 unbeeinflusst. Allerdings kann sich die Hauptrichtung der Strahlungsausbreitung in der Wellenleiterebene (xz-Ebene) im Vergleich zu einem vollkommen ebenen Wellenleiter etwas ändern, was bei der Auslegung der Gesamtanordnung berücksichtigt werden muss. The lens effect of such a waveguide 2 , which leads to the parallelization of the radiation along the measuring direction and is achieved in particular by the configuration of the decoupling element, is of the slight curvature of the main surfaces 26 . 27 unaffected. However, the main direction of radiation propagation in the waveguide plane (xz-plane) may change somewhat compared to a perfectly planar waveguide, which must be taken into account in designing the overall layout.

Des Weiteren wurde bereits anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele deutlich, dass aus unterschiedlichen Gründen sowohl im Eintritts- als auch im Austrittsbereich des Wellenleiters gekrümmte Flächen zweckmäßig sein können. Hier bietet sich Kunststoff als Material an, gegebenenfalls auch in Kombination mit einer separaten Ausbildung einzelner Wellenleiterelemente, wie beispielsweise anhand der 3A bis 3C erläutert. Furthermore, it has already become clear from the exemplary embodiments described above that curved surfaces can be expedient both in the entry region and in the exit region of the waveguide. Here, plastic offers itself as a material, possibly also in combination with a separate formation of individual waveguide elements, such as based on 3A to 3C explained.

Von Bedeutung ist dabei, dass die in die Wellenleiterebene (xy-Ebene) projizierten, in Richtung auf den Eintrittsbereich des Wellenleiters 2 verlängerten Strahlen der im Wellenleiter 2 fortgeleiteten Strahlung S fiktiv aus einer virtuellen Lichtquelle V, vergleiche 1C, stammen, die insbesondere im Mittelpunkt der horizontalen Krümmung des Auskoppelelementes 22 liegt. It is important that the projected into the waveguide plane (xy plane), in the direction of the entrance region of the waveguide 2 extended rays in the waveguide 2 derived radiation S fictitious from a virtual light source V, cf. 1C , Which come in particular in the center of the horizontal curvature of the decoupling element 22 lies.

Bei einem Auskoppelelement mit einer stufig ausgebildeten Auskoppelkontur, welche gleichzeitig auch als Umlenkkontur ausgebildet sein kann, wie in 6 dargestellt, ist zu beachten, dass – speziell bei der Ausgestaltung des Wellenleiters 2 insgesamt oder gegebenenfalls auch nur des Umlenkelementes aus Kunststoff – jede Kante bzw. Ecke Quelle für Ungenauigkeiten bei der Fertigung und somit für einen unerwünschten Streuungshintergrund im Betrieb des Positionsmesssystems sein kann. Daher kann es zweckmäßig sein, wie in 8 dargestellt, Teile der Stufenkanten 22a, 22b, 22c, 22d des Koppelelementes 22’’ in den Schattenbereich einer jeweils angrenzenden der Stufenkanten 22a, 22b, 22c, 22d zu legen und hierdurch störende Reflexe zu vermeiden. In a decoupling element with a graduated Auskoppelkontur, which may be formed simultaneously as Umlenkkontur, as in 6 shown, it should be noted that - especially in the design of the waveguide 2 all or possibly also only of the deflecting plastic - each edge or corner source for inaccuracies in the production and thus may be an undesirable scattering background in the operation of the position measuring system. Therefore, it may be appropriate, as in 8th represented, parts of the step edges 22a . 22b . 22c . 22d of the coupling element 22 '' in the shadow area of a respective adjacent step edges 22a . 22b . 22c . 22d to lay and thereby avoid disturbing reflections.

Mit Ausgestaltungen des Wellenleiters, wie in den 6 und 8 dargestellt, lässt sich das durch die Strahlung S tatsächlich ausgeleuchtete Feld im Bereich der abzutastenden Messteilung besonders gut an das nach der Soll-Vorgabe jeweils auszuleuchtende Feld anpassen. With embodiments of the waveguide, as in the 6 and 8th 1, the field actually illuminated by the radiation S in the region of the measurement graduation to be scanned can be adapted particularly well to the field to be illuminated in each case according to the desired specification.

Ferner kann es vorteilhaft sein, den Strahlengang der sich im Wellenleiter 2 fortpflanzenden Strahlung auch innerhalb des Wellenleiters 2 umzulenken (und nicht nur im Bereich von dessen Einkoppel- bzw. Auskoppelelement), und zwar insbesondere in der Wellenleiterebene (und nicht aus dieser heraus). Furthermore, it may be advantageous for the beam path in the waveguide 2 propagating radiation also within the waveguide 2 to deflect (and not only in the region of its coupling or decoupling element), in particular in the waveguide plane (and not out of this).

Ein Beispiel hierfür ist in einer Draufsicht auf einen Wellenleiter 2 in 9 dargestellt. Danach umfasst der Wellenleiter 2 zwei zueinander abgewinkelte Wellenleiterabschnitte 2a, 2b, die sich jeweils in der Wellenleiterebene (xy-Ebene) erstrecken und die hinsichtlich Ihrer Längserstreckung (die mit der Hauptfortpflanzungsrichtung der Strahlung S innerhalb des Wellenleiters 2 zusammenfällt) zueinander abgewinkelt sind, und zwar im Ausführungsbeispiel um 90°. Um die Strahlung S beim Übergang von dem ersten Wellenleiterabschnitt 2a in den hierzu abgewinkelten zweiten Wellenleiterabschnitt 2b entsprechend umzulenken, ist ein Teilbereich der einen (senkrecht zur Wellenleiterebene erstreckten) Längsseite 28 des Wellenleiters 2 als Umlenkbereich 28u ausgebildet, die entlang der Wellenleiterebene (xy-Ebene) geneigt zu den übrigen Bereichen jener Seitenfläche 28 sowohl im ersten Wellenleiterabschnitt 2a als auch im zweiten Wellenleiterabschnitt 2b verläuft. Da jedes Strahlenbündel genau einmal an der Umlenkfläche reflektiert wird, entsteht in der XY-Ebene nur ein virtuelles Bild der Lichtquelle, das durch ein nachfolgendes Linsenelement in Messrichtung wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen parallelisiert werden kann. An example of this is in a plan view of a waveguide 2 in 9 shown. After that, the waveguide includes 2 two mutually angled waveguide sections 2a . 2 B each extending in the waveguide plane (xy plane) and in the direction of their longitudinal extent (the ones with the main propagation direction of the radiation S within the waveguide 2 coincident) are angled to each other, in the exemplary embodiment by 90 °. To the radiation S at the transition from the first waveguide section 2a in the angled second waveguide section 2 B to deflect accordingly, is a portion of the one (perpendicular to the waveguide plane) long side 28 of the waveguide 2 as deflection area 28u formed along the waveguide plane (xy plane) inclined to the remaining areas of that side surface 28 both in the first waveguide section 2a as well as in the second waveguide section 2 B runs. Since each beam is reflected exactly once at the deflection surface, arises in the XY plane only a virtual image of the light source, which can be parallelized by a subsequent lens element in the measuring direction as in the previous embodiments.

10 zeigt in einer weiteren Draufsicht eine Abwandlung des Wellenleiters 2 aus 9, und zwar einerseits hinsichtlich der Ausgestaltung des Einkoppelelementes und andererseits hinsichtlich der Ausgestaltung des seitlichen Umlenkbereiches. 10 shows in a further plan view a modification of the waveguide 2 out 9 , On the one hand with regard to the configuration of the coupling element and on the other hand with regard to the configuration of the lateral deflection region.

Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist das Einkoppelelement 21’’’ in der Wellenleiterebene (xy-Ebene) gekrümmt. Hierdurch wird am Einkoppelelement 21’’’ ein sammelndes optisches Element gebildet, welches die vom Wellenleiter 2 aufgenommene Strahlungsmenge substantiell erhöhen kann. Allerdings ist hierbei auch die Auswirkung auf den Strahlengang am Austrittsbereich des Wellenleiters 2 zu berücksichtigen. Im Zusammenspiel mit einer streuenden Linse, hier gebildet durch eine gekrümmte Kontur der seitlichen Umlenkbereichs 28u’, lässt sich die Apertur in der Wellenleiterebene (xy-Ebene) deutlich erhöhen. Außerdem kann der gekrümmte Umlenkbereich 28u die Funktion des Linsenelements übernehmen, wenn etwa das Auskoppelelement für ein Längenmesssystem gerade sein muss. In the embodiment of 10 is the coupling element 21 ''' curved in the waveguide plane (xy plane). This is at the coupling element 21 ''' a collecting optical element is formed, which from the waveguide 2 can substantially increase the amount of radiation absorbed. However, here is the effect on the beam path at the exit region of the waveguide 2 to take into account. In interaction with a scattering lens, here formed by a curved contour of the lateral deflection 28u ' , the aperture in the waveguide plane (xy plane) can be increased significantly. In addition, the curved deflection can 28u assume the function of the lens element, when about the coupling element for a length measuring system must be straight.

Von Bedeutung ist, dass die Strahlung, die am Austrittsbereich des Wellenleiters 2 mittels des dortigen Auskoppelelementes 22 ausgekoppelt wird, weiterhin von einer virtuellen Strahlungsquelle V zu stammen scheint, die den Mittelpunkt der in der Wellenleiterebene gekrümmten Kontur des Auskoppelelementes 22 bildet. Dies kann durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der optischen Komponenten des Systems gewährleistet werden. Hiermit lassen sich die Abmessungen des Wellenleiters 2, verglichen mit der Ausgestaltung gemäß 9, reduzieren, insbesondere die Abmessungen entlang der Ausbreitungsrichtung der Strahlung S. Of importance is that the radiation emitted at the exit region of the waveguide 2 by means of the local decoupling element 22 is decoupled, continues to come from a virtual radiation source V, the center of the curved in the waveguide plane contour of the decoupling element 22 forms. This can be ensured by a corresponding design and arrangement of the optical components of the system. This allows the dimensions of the waveguide 2 , compared with the embodiment according to 9 , reduce, in particular the dimensions along the propagation direction of the radiation S.

Entsprechend kann für eine Längenmesseinrichtung die seitliche Umlenkfläche konkav mit einer vorzugsweise asphärischen Kontur ausgeführt sein, so dass das einfallende Strahlenbündel durch die Reflexion in der xy-Ebene kollimiert wird. Das Auskoppelelement muss in diesem Fall geradlinig sein, die seitliche Umlenkfläche wirkt als Linsenelement. Correspondingly, for a length measuring device, the lateral deflection surface may be concave with a preferably aspherical contour, so that the incident radiation beam is collimated by the reflection in the xy plane. The decoupling element must be rectilinear in this case, the lateral deflection surface acts as a lens element.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19528045 C1 [0004] DE 19528045 C1 [0004]

Claims (16)

Positionsmesseinrichtung mit – einer optisch abtastbaren Messteilung (101, 201), die eine Vielzahl entlang einer Messrichtung (M) hintereinander angeordneter und quer zu der Messrichtung (M) erstreckter Teilungsstriche (110, 210) aufweist, – einer relativ zu der Messteilung (101, 201) bewegbaren Abtasteinheit (1) zum Abtasten der Messteilung (101, 201) mittels elektromagnetischer Strahlung (S) und – einem der Abtasteinheit (1) zugeordneten Kollimator, der ein Linsenelement zur Kollimation der elektromagnetischen Strahlung (S) umfasst, mittels welcher die Abtasteinheit (1) die Messteilung (101, 201) abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (2) eingerichtet ist zur Bildung eines Strahlenbündels, welches entlang der Messrichtung (M) kollimiert und entlang der Erstreckungsrichtung (R) der Teilungsstriche (110, 210) divergent ist, wobei der Kollimator einen Wellenleiter (2) umfasst, dem die zu kollimierende elektromagnetische Strahlung (S) über ein Einkoppelelement (21, 21’, 21’’, 21’’’, 21s) zugeführt wird und der die elektromagnetische Strahlung über ein Auskoppelelement (22, 22’, 22’’, 22s) abgibt. Position measuring device with - an optically scannable measuring graduation ( 101 . 201 ), which have a plurality of graduation lines (M) arranged one behind the other along a measuring direction (M) and extending transversely to the measuring direction (M) ( 110 . 210 ), one relative to the graduation ( 101 . 201 ) movable scanning unit ( 1 ) for sampling the measurement graduation ( 101 . 201 ) by means of electromagnetic radiation (S) and - one of the scanning unit ( 1 ) associated collimator, which comprises a lens element for collimating the electromagnetic radiation (S), by means of which the scanning unit ( 1 ) the measuring graduation ( 101 . 201 ), characterized in that the collimator ( 2 ) is arranged to form a beam which collimates along the measuring direction (M) and along the extension direction (R) of the graduation lines ( 110 . 210 ) is divergent, the collimator being a waveguide ( 2 ), to which the electromagnetic radiation (S) to be collimated is coupled via a coupling element ( 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' . 21s ) is supplied and the electromagnetic radiation via a decoupling element ( 22 . 22 ' . 22 '' . 22s ). Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektromagnetische Strahlung (S) im Wellenleiter (2) parallel zu einer durch die Messteilung (M) aufgespannten Ebene (xy) ausbreitet, und dass der Kollimator ein Umlenkelement (23) umfasst, von dem die elektromagnetische Strahlung (S) zur Messteilung (101, 201) umgelenkt wird. Position measuring device according to claim 1, characterized in that the electromagnetic radiation (S) in the waveguide ( 2 ) propagates parallel to a plane (xy) spanned by the measuring graduation (M), and in that the collimator comprises a deflection element ( 23 ), from which the electromagnetic radiation (S) for measuring graduation ( 101 . 201 ) is deflected. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (23) bezüglich der Richtung seiner größten Ausdehnung parallel zur Messrichtung verläuft. Position measuring device according to claim 2, characterized in that the deflecting element ( 23 ) with respect to the direction of its greatest extent parallel to the measuring direction. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (2) zumindest abschnittsweise durch zwei einander gegenüberliegende, parallel zueinander und parallel zur Ebene (xy) verlaufende Hauptflächen (26, 27) begrenzt wird, an denen die elektromagnetische Strahlung (S) reflektiert wird, während sie sich in dem Wellenleiter (2) vom Einkoppelelement (21, 21’, 21’’, 21’’’, 21s) zum Auskoppelelement (22, 22’, 22’’, 22s) fortpflanzt. Position measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the waveguide ( 2 ) at least in sections by two opposite, parallel to each other and parallel to the plane (xy) extending main surfaces ( 26 . 27 ) is reflected at which the electromagnetic radiation (S) is reflected, while in the waveguide ( 2 ) of the coupling element ( 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' . 21s ) to the decoupling element ( 22 . 22 ' . 22 '' . 22s ). Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrfache Reflexionen der Strahlung (S) an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen (26, 27) des Wellenleiters (2) auftreten, wobei die Anzahl der Mehrfachreflexionen nicht für alle Strahlenanteile identisch ist. Position measuring device according to claim 4, characterized in that multiple reflections of the radiation (S) at the opposite major surfaces ( 26 . 27 ) of the waveguide ( 2 ), where the number of multiple reflections is not identical for all beam components. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ebene (xy) senkrecht verlaufenden Seitenflächen (28, 29) des Wellenleiters (2) derart ausgebildet sind, dass sie auftreffende Strahlung (S) absorbieren und/oder auskoppeln. Position measuring device according to claim 4 or 5, characterized in that to the plane (xy) vertically extending side surfaces ( 28 . 29 ) of the waveguide ( 2 ) are formed such that they absorb and / or decouple incident radiation (S). Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelelement (21, 21’, 21’’, 21’’’, 21s) Umlenkmittel aufweist, welche auftreffende elektromagnetische Strahlung (S) umlenkt, so dass sich die Strahlung im Wellenleiter (2) in Richtung auf das Auskoppelelement (22, 22’, 22’’, 22s) fortpflanzt. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling element ( 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' . 21s ) Deflection means, which deflects incident electromagnetic radiation (S), so that the radiation in the waveguide ( 2 ) in the direction of the decoupling element ( 22 . 22 ' . 22 '' . 22s ). Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelelement (21’’, 21’’’) als Sammellinse wirkt. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling element ( 21 '' . 21 ''' ) acts as a condenser lens. Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskoppelelement (22’’) eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Auskoppelbereiche (22a, 22b, 22c, 22d) umfasst. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the outcoupling element ( 22 '' ) a plurality of mutually spaced outcoupling regions ( 22a . 22b . 22c . 22d ). Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Auskoppelbereichen (22a, 22b, 22c, 22d) jeweils separate, voneinander beabstandete Teilungsspuren (201, 202) zugeordnet sind, denen die über einen jeweiligen Auskoppelbereich (22a, 22b, 22c, 22d) ausgekoppelte Strahlung separat zugeführt wird. Position measuring device according to claim 9, characterized in that the individual outcoupling areas ( 22a . 22b . 22c . 22d ) each have separate, mutually spaced graduation tracks ( 201 . 202 ), which are assigned via a respective decoupling area ( 22a . 22b . 22c . 22d ) coupled radiation is supplied separately. Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (2) mindestens zwei zueinander abgewinkelte Wellenleiterabschnitte (2a, 2b) umfasst und dass ein Umlenkbereich (28u, 28u’) vorgesehen ist, um die Strahlung (S) von dem einen Wellenleiterabschnitt (2a) in den anderen Wellenleiterabschnitt (2b) umzulenken. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide ( 2 ) at least two mutually angled waveguide sections ( 2a . 2 B ) and that a deflection area ( 28u . 28u ' ) is provided to the radiation (S) of the one waveguide section ( 2a ) in the other waveguide section ( 2 B ) to divert. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zueinander abgewinkelten Wellenleiterabschnitte (2a, 2b) entlang einer gemeinsamen Ebene (xy) erstrecken und dass der Umlenkbereich (28u, 28u’) durch einen seitlichen Abschnitt der Begrenzungsfläche des Wellenleiters gebildet wird. Position measuring device according to claim 11, characterized in that the mutually angled waveguide sections ( 2a . 2 B ) extend along a common plane (xy) and that the deflection region ( 28u . 28u ' ) is formed by a lateral portion of the boundary surface of the waveguide. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenelement durch einen gekrümmten Umlenkbereich (28u') gebildet wird. Position measuring device according to claim 11 or 12, characterized in that the lens element by a curved deflection ( 28u ' ) is formed. Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinrichtung eine Winkelmesseinrichtung ist, bei der das Auskoppelelement (22) sowohl als Linsenelement als auch als Umlenkelement wirkt. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the position measuring device is an angle measuring device, in which the decoupling element ( 22 ) acts both as a lens element and as a deflecting element. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der Messteilung (101) eine Drehachse definiert, wobei das Auskoppelelement (22) eine den Wellenleiter (2) begrenzende Rotationsfläche bezüglich dieser Drehachse ist. Position measuring device according to claim 14, characterized in that a curvature of the measuring graduation ( 101 ) defines an axis of rotation, wherein the decoupling element ( 22 ) one the waveguide ( 2 ) limiting rotational surface with respect to this axis of rotation. Positionsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinrichtung eine Längenmesseinrichtung ist, bei der das Umlenkelement (23) als ein in Messrichtung M lineares Element ausgebildet ist. Position measuring device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the position measuring device is a length measuring device, wherein the deflecting element ( 23 ) is formed as a linear in the measuring direction M element.
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