DE102015222618B4 - Beleuchtungsabschnitt für einen optischen Messgeber - Google Patents

Abstract

Beleuchtungsabschnitt (260, 360, 460, 560, 660) für einen optischen Messgeber (200), der ein Skalengitter (210), das sich entlang einer Messachsenrichtung (82) erstreckt und angeordnet ist, um Licht von dem Beleuchtungsabschnitt zu empfangen, und eine Detektorkonfiguration (225), die angeordnet ist, um Licht von dem Skalengitter zu empfangen, umfasst, wobei:der Beleuchtungsabschnitt ein adressierbares Lichtquellen-Array (265, 365, 465, 565, 665) umfasst;das adressierbare Lichtquellen-Array einzelne Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) umfasst, die entlang der Messachsenrichtung angeordnet sind;das adressierbare Lichtquellen-Array dazu eingerichtet ist, mindestens erste und zweite adressierbare Sätze (366a, 366b, 366c, 466a, 466b, 566a, 566b, 666a, 666b, 666c) der einzelnen Quellen bereitzustellen;der Beleuchtungsabschnitt in dem optischen Messgeber angeordnet ist;der Beleuchtungsabschnitt dazu eingerichtet ist, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) zu verwenden;die einzelnen Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) des betriebsfähigen Satzes gemäß einer Beleuchtungsteilung PMIentlang der Messachsenrichtung (82) periodisch beabstandet sind; unddas Skalengitter (210) eine Skalenteilung PSFentlang der Messachsenrichtung aufweist und die Detektorkonfiguration einen Satz von optischen Detektorabschnitten (226n) mit einer Detektorteilung Pdentlang der Messachsenrichtung umfasst und die Beleuchtungsteilung PMIungefähr einen Ausdruck PMI=Pa*PsF/ (Pa-PSF) erfüllt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Präzisionsmessgeräte und insbesondere optische Wegmessgeber.
• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Es sind verschiedenen Wegmessgeber bekannt, die einen Lesekopf mit einer optischen Anordnung verwenden, die ein Skalenmuster auf einem Photodetektor in dem Lesekopf abbildet. Das Bild des Skalenmusters verschiebt sich zusammen mit einem Skalenteil, und die Bewegung oder Position des verschobenen Skalenmusterbildes wird mit einer Photodetektoranordnung erkannt. Optische Messgeber können eine selbstabbildende Anordnung nutzen, um eine Verschiebung eines ein Skalengitter umfassendes Skalenteils zu erkennen. Das Grundprinzip von Selbstabbildungen, die auch als Talbot-Bilder bekannt sind, wird in der Veröffentlichung „Fourier Images: I - The Point Source" von Cowley, J.M., und A.F. Moodie, 1957, Proc. Phys. Soc. B, 70, 486 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen wird. Ein beispielhafter optischer Messgeber, der Selbstabbildung nutzt, wird in der US-Patentschrift US 7 608 813 B1 (das '813-Patent) offenbart, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich mit aufgenommen wird. Ähnliche Messgeber können Selbstabbildungen nutzen, die in zwei oder drei Gitter-Messgeberanordnungen gemäß Prinzipien des Lau-Effekts erzeugt werden. Ein Beispiel wird in der Veröffentlichung „Optical Encoder Based on the Lau Effect" von Crespo et al., März 2000, Opt. Eng. 39(3), 817-824, offenbart. Andere optische Messgeber können Moiré-Abbildungstechniken nutzen. Ein beispielhafter optischer Messgeber, der Moire-Abbildungstechniken nutzt, wird in der US-Offenlegungsschrift US 2013/0 161 499 A1 gezeigt, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich mit aufgenommen wird.
• Typische Messgeber-Konfigurationen, wie die im '813-Patent offenbarten, stützen sich auf ein Beleuchtungsgitter mit einer festen Teilung und können somit keine austauschbaren Beleuchtungsabschnittbauteile für unterschiedliche Teilungen von Beleuchtungsgittern nutzen. In verschiedenen Messgeberkonfigurationen ist es wünschenswert, einen kompakten Lesekopf bereitzustellen, der kostengünstig mit einfachen und austauschbaren Bauteilen hergestellt werden kann.
• JP 2013-019800 A offenbart einen optischen Kodierer, der Folgendes aufweist: eine Skala mit einem Skalenschlitz; eine Lichtemissionseinheit mit einer Vielzahl von Lichtemissionsabschnitten zum Emittieren von Licht in Richtung der Skala; und eine Lichtempfangseinheit mit einem Lichtempfangsabschnitt zum Empfangen des von den Lichtemissionsabschnitten emittierten und durch den Skalenschlitz hindurchgehenden Lichts.
• US 2013/0 264 472 A1 offenbart einen Messwertaufnehmer zur Gewinnung von Positionsdaten, mit einer mehrere Lichtquellen aufweisenden Sende-/Empfangseinheit zur Abtastung einer Maßverkörperung, wobei die Sende-/Empfangseinheit mehrere Lichtquellen, insbesondere mindestens eine Lichtquelle mit mehreren Emittern, umfasst.
• US 2010/0 270 461 A1 offenbart einen photoelektrischen Kodierer, der Folgendes umfasst: eine Skala, die mit einem ersten optischen Gitter versehen ist; eine Detektoreinheit, die der Skala gegenüberliegt; und eine Lichtquelle, die in die Skala integriert ist, wobei die Lichtquelle Licht aussendet, das durch das erste optische Gitter moduliert und von der Detektoreinheit empfangen wird.
• Gemäß US 2004/0 173 736 Alwird in einem optischen Kodierer eine Vielzahl von Lichtquellen ein- und ausgeschaltet, um ein optisches Gitter einer Skala mit Lichtstrahlen aus einer Vielzahl von verschiedenen Richtungen zu bestrahlen. Die Lichtstrahlen werden von einer Vielzahl von Photorezeptorelementen empfangen. Mit den von den Photorezeptorelementen ausgegebenen Signalen werden Operationen durchgeführt.
• KURZDARSTELLUNG
• Es wird ein Beleuchtungsabschnitt für einen optischen Messgeber offenbart. Der optische Messgeber umfasst ein Skalengitter, das sich entlang einer Messachsenrichtung erstreckt und angeordnet ist, um Licht von dem Beleuchtungsabschnitt zu empfangen, und eine Detektorkonfiguration, die angeordnet ist, um Licht von dem Skalengitter zu empfangen. Der Beleuchtungsabschnitt umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array. Das adressierbare Lichtquellen-Array umfasst einzelne Quellen, die entlang der Messachsenrichtung angeordnet sind. Das adressierbare Lichtquellen-Array ist dazu eingerichtet, mindestens erste und zweite adressierbare Sätze der einzelnen Quellen bereitzustellen. Der Beleuchtungsabschnitt ist in dem optischen Messgeber angeordnet. Der Beleuchtungsabschnitt ist dazu eingerichtet, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen zu verwenden. Die einzelnen Quellen des betriebsfähigen Satzes sind gemäß einer Beleuchtungsteilung P_MI entlang der Messachsenrichtung periodisch beabstandet. Das Skalengitter aufweist eine Skalenteilung P_SF entlang der Messachsenrichtung und die Detektorkonfiguration umfasst einen Satz von optischen Detektorabschnitten mit einer Detektorteilung P_d entlang der Messachsenrichtung, und die Beleuchtungsteilung P_MI erfüllt ungefähr einen Ausdruck P_MI=P_d*P_SF/(P_d-P_SF).
• In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Positionsgebers bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines optischen Messgebers, der ein Skalengitter, das sich entlang einer Messachsenrichtung erstreckt, eine Detektorkonfiguration und einen Beleuchtungsabschnitt, der ein adressierbares Lichtquellen-Array umfasst, das entlang der Messachsenrichtung angeordnete einzelne Quellen umfasst und das dazu eingerichtet ist, mindestens einen ersten adressierbaren Satz und einen zweiten adressierbaren Satz der einzelnen Quellen bereitzustellen, umfasst; und Betreiben des Beleuchtungsabschnitts, um das Skalengitter mittels eines betriebsbereiten Satzes der einzelnen Quellen zu beleuchten. Der Beleuchtungsabschnitt ist in dem optischen Messgeber angeordnet. Der Beleuchtungsabschnitt ist dazu eingerichtet, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen zu verwenden. Die einzelnen Quellen des betriebsfähigen Satzes sind gemäß einer Beleuchtungsteilung P_MI entlang der Messachsenrichtung periodisch beabstandet. Das Skalengitter aufweist eine Skalenteilung P_SF entlang der Messachsenrichtung und die Detektorkonfiguration umfasst einen Satz von optischen Detektorabschnitten mit einer Detektorteilung P_d entlang der Messachsenrichtung, und die Beleuchtungsteilung P_MI erfüllt ungefähr einen Ausdruck $${\text{P}}_{\text{MI}}={\text{P}}_{\text{d}}\ast {\text{P}}_{\text{SF}}/\left({\text{P}}_{\text{d}}-{\text{P}}_{\text{SF}}\right)\text{.}$$

  
• Figurenliste
• Die vorgenannten Aspekte und viele der zugehörigen Vorteile werden leichter erkennbar, da sie mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung verständlicher werden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, wobei:
• 1 ein teilweises schematisches auseinandergezogenes Schaubild einer optischen Selbstabbildungs-Messgeberkonfiguration des Standes der Technik ist;
• 2 ein teilweises schematisches auseinandergezogenes Schaubild einer optischen Selbstabbildungs-Messgeberkonfiguration ist;
• die 3A-3C Schaubilder einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts für einen optischen Messgeber sind;
• 4 ein Schaubild einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts für einen optischen Messgeber ist;
• 5 ein Schaubild einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts für einen optischen Messgeber ist;
• die 6A-6C Schaubilder einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts für einen optischen Messgeber sind;
• 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Messgebers ist;
• 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Messgebers ist.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• 1 ist ein teilweises schematisches auseinandergezogenes Schaubild einer Selbstabbildungs-Messgeberkonfiguration 100 des Standes der Technik. Bestimmte Aspekte der Messgeberkonfiguration 100 sind der im '813-Patent beschriebenen Messgeberkonfiguration ähnlich und können im Analogieschluss dazu verstanden werden. Wie in 1 gezeigt, weist die Messgeberkonfiguration 100 ein Skalengitter 110, einen Beleuchtungsabschnitt 160 und eine Detektorkonfiguration 125 auf. Der Beleuchtungsabschnitt 160 umfasst eine Lichtquelle 130, eine Linse 140 und ein Beleuchtungsgitter 150. Das Skalengitter 110 ist vom Beleuchtungsabschnitt 160 durch einen Quellenspaltabstand Zs getrennt. Die Detektorkonfiguration 125 ist vom Skalengitter 110 durch einen Abstand Zi getrennt. In einigen Ausführungsformen ist die Lichtquelle 130 eine LED.
• 1 zeigt orthogonale X-, Y- und Z-Richtungen gemäß einer hier verwendeten Vereinbarung. Die X- und Y-Richtung sind parallel zur Ebene des Skalengitters 110, wobei die X-Richtung parallel zur beabsichtigten Messachsenrichtung MA 82 (z.B. rechtwinklig zu den länglichen Musterelementen des Skalengitters 110). Die Z-Richtung ist senkrecht zur Ebene des Skalengitters 110.
• Beim Betrieb wird von der Lichtquelle 130 emittiertes Licht 131 teilweise oder vollständig durch die Linse 140 über eine Strahlenfläche kollimiert, die für die Beleuchtung des Skalengitters 110 ausreichend ist. Das Licht 131 tritt durch die Gitterstruktur des Beleuchtungsgitters 150 hindurch, um an den Gitteröffnungen ein Array von teilweise kohärenten Beleuchtungsquellen bereitzustellen, die zum Beleuchten des Skalengitters 110 gemäß den bekannten selbstabbildenden Beleuchtungsprinzipien ausgewählt sind. Wenn das Skalengitter 110 beleuchtet ist, gibt es ein räumlich moduliertes Lichtmuster (z.B. Interferenzstreifenlicht gebeugter Ordnungen, in einigen Ausführungsformen) als Skalenlicht 132 an die Detektorkonfiguration 125 aus. Die Messgeberkonfiguration 100 ist gemäß bekannten Verfahren derart eingerichtet, dass mehrere gebeugte Ordnungen zusammenwirken, um ein Selbstbild (z.B. ein Talbot-Bild oder ein Fresnel-Bild) an der Ebene der Detektorkonfiguration 125 zu erzeugen.
• In verschiedenen Anwendungen sind die Detektorkonfiguration 125 und der Beleuchtungsabschnitt 160 in einer festen Beziehung zueinander montiert, z.B. in einem Lesekopf oder einem Messgerätgehäuse (nicht gezeigt), und werden gemäß bekannten Techniken durch ein Lagerungssystem entlang der Messachse relativ zum Skalengitter 110 geführt. Das Skalengitter 110 kann in verschiedenen Anwendungen an einem beweglichen Tisch oder einer Messspindel oder dergleichen befestigt sein. Die in 1 gezeigte Konfiguration ist eine transmissive Konfiguration. Das Skalengitter 110 umfasst lichtblockierende Abschnitte und lichtübertragende Abschnitte (z.B. auf einem transparenten Substrat mittels bekannter Dünnfilmmustertechniken angefertigt), die räumlich modulierte Lichtmuster an die Detektorspuren durch Lichtübertragung ausgeben. Es versteht sich, dass ähnliche Bauteile in reflektierenden Ausführungsformen angeordnet werden können, wobei, gemäß bekannten Techniken, der Beleuchtungsabschnitt 160 und die Detektorkonfiguration 125 auf derselben Seite des Skalengitters 110 angeordnet werden und, falls erforderlich, für eine schräge Beleuchtung und Reflektion positioniert werden.
• Es versteht sich, dass die Messgeberkonfiguration 100 in einer Lau-Effekt-Messgeberkonfiguration genutzt werden kann. In einigen eine Lau-Effekt-Messgeberkonfiguration enthaltenden Ausführungsformen kann die Linse 140 entfallen, da solche Konfigurationen keine stark kollimierte Lichtquelle benötigen.
• 2 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Schaubild einer optischen selbstabbildenden Messgeberkonfiguration 200. Elemente der Messgeberkonfiguration 200, die mit 2XX beziffert sind, sind den mit 1XX bezifferten Elementen in 1 ähnlich oder sind identisch und können durch Analogieschluss verstanden werden. Wie in 2 gezeigt, enthält die Messgeberkonfiguration 200 ein Skalengitter 210, einen Beleuchtungsabschnitt 260, und eine Detektorkonfiguration 225. Der Beleuchtungsabschnitt 260 umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array 265. Das adressierbare Lichtquellen-Array 265 umfasst einzelne Quellen 265n, die entlang der Messachsenrichtung 82 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die einzelnen Quellen 265n LED-Quellen sein. Das Skalengitter 210 erstreckt sich entlang der Messachsenrichtung 82 und ist zum Empfangen von Licht 231 vom Beleuchtungsabschnitt 260 angeordnet. Das Skalengitter umfasst eine Skalenteilung P_SF. Das Skalengitter 210 ist von dem Beleuchtungsabschnitt 260 durch einen Quellenspaltabstand Zs getrennt. Die Detektorkonfiguration 225 ist von dem Skalengitter 210 durch einen Abstand Zi getrennt und ist zum Empfangen von Licht 232 von dem Skalengitter 210 angeordnet. Die Detektorkonfiguration 225 umfasst Detektorabschnitte 226n, die gemäß einer Detektorteilung Pd angeordnet sind, die einer Teilung des räumlich modulierten Lichts 232 entspricht. Der optische Messgeber 200 enthält keine lichtblockierenden Elemente zwischen dem adressierbaren Lichtquellen-Array 265 und dem Skalengitter 210.
• Wie in den 3A-3C, 4, 5 und 6A-6C gezeigt, umfasst in verschiedenen Ausführungsformen das adressierbare Lichtquellen-Array 265 mindestens einen ersten adressierbaren Satz und einen zweiten adressierbaren Satz der einzelnen Quellen 265n.
• In einigen Ausführungsformen können die einzelnen Quellen 265n LEDs enthalten, die entlang einer quer zur Messachsenrichtung verlaufenden Richtung streifenförmig gestreckt ausgebildet sind und eine schmale Abmessung entlang der Messachsenrichtung aufweisen, sowie reflektierende Elemente in der Nähe eines Substrats der LEDs enthalten. Beispielhafte einzelne Quellen, die für den Beleuchtungsabschnitt 260 geeignet sein können, werden durch die Firma InfiniLED in Cork, Irland, hergestellt. Es versteht sich, dass die einzelnen Quellen 265n jeweils eine durchgehende streifenartige Quelle sein können oder mit in einer streifenförmigen Zone angeordneten Punktquellen (z.B. Mikro-LEDs) konstruiert werden können.
• Obwohl die optische selbstabbildende Messgeberkonfiguration 200 eine transmissive Messgeberkonfiguration ist, sollte verstanden werden, dass der Beleuchtungsabschnitt 260 in geeigneter Weise zu einer reflektierenden Messgeberkonfiguration angepasst werden kann. Außerdem kann der Beleuchtungsabschnitt 260 auch in geeigneter Weise zu einer Moiré-Abbildungs-Messgeberkonfiguration angepasst werden, wie diejenige, die in der US-Patentanmeldung Nr. US2013016499A1 offenbart wird.
• Die 3A-3C sind Schaubilder einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts 360 für einen optischen Messgeber, die drei beispielhafte Zustände zeigen. Der Beleuchtungsabschnitt 360 ist dem Beleuchtungsabschnitt 260 ähnlich und kann in der Messgeberkonfiguration 200 integriert werden. Der Beleuchtungsabschnitt 360 umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array 365. Das adressierbare Lichtquellen-Array 365 umfasst einzelne Quellen 365n, die entlang der Messachsenrichtung MA, 82 angeordnet sind.
• In der in 3A gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Quellen 365n jeweils als ein erster adressierbarer Satz 366a aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand sind die einzelnen Quellen gemäß einer Beleuchtungsteilung P₁ untergebracht.
• In der in 3B gezeigten Ausführungsform ist ein zweiter adressierbarer Satz 366b der einzelnen Quellen 365n aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand ist der zweite adressierbare Satz 366b eine Teilmenge von einzelnen Quellen des adressierbaren Lichtquellen-Arrays 365, die gemäß einer Beleuchtungsteilung 2*P₁ untergebracht sind.
• In der in 3C gezeigten Ausführungsform ist ein dritter adressierbarer Satz 366c der einzelnen Quellen 365n aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand ist der dritte adressierbare Satz 366c eine Teilmenge von einzelnen Quellen des adressierbaren Lichtquellen-Arrays 365, die gemäß einer Beleuchtungsteilung 3*P₁ untergebracht sind.
• In den in den 3A-3C gezeigten Ausführungsformen kann der Beleuchtungsabschnitt 360 in einem nicht gezeigten optischen Messgeber angeordnet sein (z.B. der Messgeberkonfiguration 200). Der Beleuchtungsabschnitt 360 kann dazu eingerichtet sein, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen 365n zu verwenden (z.B. einen des ersten, zweiten und dritten adressierbaren Satzes 366a, 366b oder 366c). Die einzelnen Quellen eines betriebsfähigen Satzes können periodisch gemäß einer Beleuchtungsteilung P_MI entlang der Messachsenrichtung beabstandet sein. Das Skalengitter 210 kann eine Skalenteilung P_SF entlang der Messachsenrichtung aufweisen.
• Eine Detektorkonfiguration (z.B. die Detektorkonfiguration 225 von 2) kann einen Satz optischer Detektorabschnitte umfassen, die entlang der Messachsenrichtung 82 eine Detektorteilung P_d aufweisen, die einer Teilung von selbstabbildenden Zonen entspricht, die sich an einer Ebene nahe an der Detektorkonfiguration befinden. Für jeden Satz der einzelnen Quellen 366a, 366b und 366c erfüllt die Beleuchtungsteilung P_MI den Ausdruck $${\text{P}}_{\text{MI}}={\text{P}}_{\text{d}}*{\text{P}}_{\text{SF}}/\left({\text{P}}_{\text{d}}-{\text{P}}_{\text{SF}}\right).$$

  
• Der Beleuchtungsabschnitt 360 bietet den Vorteil einer reduzierten Anzahl von Elementen in einen Messgeber-Lesekopf und stellt anstatt einer Lichtquelle, Linse und Beleuchtungsgitter, wie z.B. die Lichtquelle 130, die Linse 140 und das Beleuchtungsgitter 150 des in 1 gezeigten Beleuchtungsabschnitts 160, ein kompakteres Einzelelement für einen Beleuchtungsabschnitt bereit. Dies reduziert die Herstellungskosten bei der Herstellung von Messgebern mit einer Vielzahl von Parametern, wie etwa der Skalenteilung. In verschiedenen Messgeberkonfigurationen kann die Beleuchtungsteilung P_MI eines adressierbaren Satzes von einzelnen Quellen gemäß einer Kombination von Werten für die Detektorteilung P_d und die Skalenteilung P_SF gewählt werden, wie in Gl. 1 ausgedrückt.
• Der in 2 gezeigte Quellenspaltabstand Zs und der Abstand Zi hängen ebenfalls von den Werten in Gl. 1 ab. In einigen Ausführungsformen gibt der Beleuchtungsabschnitt 260 Licht mit einer Wellenlänge λ aus, und Zs erfüllt den Ausdruck $$\text{Zs}=2*{\text{P}}_{\text{MI}}*{\text{P}}_{\text{SF}}/\mathrm{\lambda }$$

  
• In einigen Ausführungsformen erfüllt der Abstand Zi den Ausdruck $$\text{Zi}=\text{Zs}*{\text{P}}_{\text{SF}}/\left({\text{P}}_{\text{MI}}-{\text{P}}_{\text{SF}}\right)$$

  
• In einem Ausführungsbeispiel für einen Zustand des Beleuchtungsabschnitts 360 können einzelne Quellen des ersten adressierbaren Satzes 366a gemäß eines Wertes der Beleuchtungsteilung P₁, die 24 um beträgt, untergebracht werden. Die Skalenteilung P_SF kann 8 um betragen, die Detektorteilung P_d kann 12 um betragen, der Quellenspalt kann 948 um betragen und der Abstand Zi kann 474 um betragen. In einem anderen Ausführungsbeispiel für einen Zustand des Beleuchtungsabschnitts 360 können einzelne Quellen des zweiten adressierbaren Satzes 366b gemäß einem Wert der Beleuchtungsteilung 2*P₁, der 48 um beträgt, untergebracht werden. Die Skalenteilung P_SF kann 20 um betragen, die Detektorteilung P_d kann 34,3 um betragen, der Quellenspalt kann 4,74 mm betragen und der Abstand Zi kann 3,39 mm betragen.
• Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen die Sätze der einzelnen Quellen 366a, 366b und 366c einzelne Quellen umfassen können, die einzeln adressierbar sind. In anderen Ausführungsformen können jedoch die Sätze von einzelnen Quellen 366a, 366b und 366c nur als eine Gruppe adressiert werden, d.h. sie können miteinander durch Leiter oder programmierbare Schalter verbunden und der Einfachheit halber zusammen durch dieselbe Eingabe adressiert werden.
• Es versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen ein Beleuchtungsabschnitt konstruiert werden kann, der zwei Sätze von adressierbaren einzelnen Quellen umfasst, die in unterschiedlichen Teilungen durch Überlappen der zwei Sätze angeordnet sind. Dies kann dadurch vorteilhaft sein, dass es zwei Teilungen ermöglicht, die nicht ganzzahlige Vielfache eines Einzelwerts sind, im Gegensatz zu den Teilungen der Sätze der einzelnen Quellen 366a, 366b und 366c.
• 4 ist ein Schaubild einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts 460 für einen optischen Messgeber. Der Beleuchtungsabschnitt 460 ist dem Beleuchtungsabschnitt 260 ähnlich. Der Beleuchtungsabschnitt 460 umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array 465. Das adressierbare Lichtquellen-Array 465 umfasst einzelne Quellen 465n, die entlang der Messachsenrichtung 82 angeordnet sind. Das adressierbare Lichtquellen-Array ist dazu eingerichtet, einen ersten adressierbaren Satz 466a der einzelnen Quellen 465n und einen zweiten Satz 466b der einzelnen Quellen 465n bereitzustellen. Der erste adressierbare Satz 466a umfasst einzelne Quellen, die gemäß einer Beleuchtungsteilung P₁ untergebracht sind. Der zweite adressierbare Satz 466a umfasst einzelne Quellen, die gemäß einer Beleuchtungsteilung P₂ untergebracht sind.
• In dem in 4 gezeigten Zustand wird der erste adressierbare Satz 466a mit einzelnen Quellen, die aktiviert sind, gezeigt, wie mit einem Füllmuster angedeutet, und der zweite adressierbare Satz 466b wird mit einzelnen Quellen , die nicht aktiviert sind, gezeigt, wie durch das Fehlen eines Füllmusters angedeutet. In diesem Zustand ist der Beleuchtungsabschnitt 460 für die Verwendung mit einer ersten Messgeberkonfiguration eingerichtet. Alternativ kann in einem anderen Zustand der zweite adressierbare Satz 466b aktiviert werden, während der erste adressierbare Satz 466a nicht aktiviert wird, um den Beleuchtungsabschnitt 460 für die Verwendung mit einer zweiten Messgeberkonfiguration einzurichten, die eine Beleuchtung mit einer unterschiedlichen Teilung erfordert. Es versteht sich, dass der Beleuchtungsabschnitt 460 auf eine Detektorkonfiguration derart ausgerichtet sein sollte, dass je nachdem, welcher adressierbare Satz einzelner Quellen in der Messgeberkonfiguration verwendet wird, dieser in Bezug auf die Detektorkonfiguration zentriert ist.
• 5 ist ein Schaubild einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts 560 für einen optischen Messgeber. Das adressierbare Lichtquellen-Array 565 umfasst einzelne Quellen 565n, die entlang der Messachsenrichtung 82 angeordnet sind. Der Beleuchtungsabschnitt 560 ist analog zum Beleuchtungsabschnitt 260, ist jedoch für die Verwendung in einem mehrspurigen Messgebersystem eingerichtet, das ein erstes Skalengitter und ein zweites Skalengitter mit unterschiedlichen Gitterteilungen umfasst. Der Beleuchtungsabschnitt 560 umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array 565. Das adressierbare Lichtquellen-Array 565 umfasst einzelne Quellen 565n, die entlang der Messachsenrichtung 82 angeordnet sind. Das adressierbare Lichtquellen-Array ist dazu eingerichtet, einen ersten adressierbaren Satz 566a der einzelnen Quellen 565n und einen zweiten adressierbaren Satz 566b der einzelnen Quellen 565n bereitzustellen. Der erste adressierbare Satz 566a umfasst einzelne Quellen, die gemäß einer Beleuchtungsteilung P₁ untergebracht sind. Der zweite adressierbare Satz 566b umfasst einzelne Quellen, die gemäß einer Beleuchtungsteilung P₂ untergebracht sind.
• In dem in 5 gezeigten Zustand wird der erste adressierbare Satz 566a mit einzelnen Quellen gezeigt, die aktiviert sind, wie mit einem Füllmuster angezeigt, und der zweite adressierbare Satz 566b wird mit einzelnen Quellen gezeigt, die nicht aktiviert sind, wie durch ein Fehlen eines Füllmusters angedeutet. In diesem Zustand ist der Beleuchtungsabschnitt 560 für die Verwendung mit der ersten Skalenteilung eingerichtet. In einem anderen Zustand kann der zweite adressierbare Satz 566b für die Verwendung mit dem zweiten Skalengitter aktiviert werden. Der Beleuchtungsabschnitt 560 kann betrieben werden, um eine Beleuchtung für das erste und das zweite Skalengitter bereitzustellen, z.B. zeitmoduliert, oder gleichzeitig abhängig vom optischen Layout der Messgeberkonfiguration.
• Die 6A-6C sind Schaubilder einer Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts 660 für einen optischen Messgeber, die drei beispielhafte Zustände zeigen. Der Beleuchtungsabschnitt 660 ist in einem nicht gezeigten optischen Messgeber angeordnet. Der Beleuchtungsabschnitt 660 ist dem Beleuchtungsabschnitt 260 ähnlich. Der Beleuchtungsabschnitt 660 umfasst ein adressierbares Lichtquellen-Array 665. Das adressierbare Lichtquellen-Array 665 umfasst einzelne Quellen 665n, die entlang der Messachsenrichtung 82 angeordnet sind. Der Beleuchtungsabschnitt 660 ist in einem Zustand so eingerichtet, dass er die Gesamtheit der einzelnen Quellen 665n verwendet, und dass er in einem anderen Zustand einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen 665n verwendet, der relativ zur Detektorkonfiguration entlang der Messachsenrichtung ungefähr zentriert ist und der mindestens eine einzelne Quelle nahe einem Ende des adressierbaren Lichtquellen-Arrays ausschließt.
• In der in 6A gezeigten Ausführungsform ist jede der einzelnen Quellen 665n als ein erster betriebsfähiger Satz 666a aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand befinden sich die aktivierten einzelnen Quellen des ersten betriebsfähigen Satzes 666a innerhalb einer Abmessung W₁, die der Abmessung eines Sichtbereichs einer Detektorkonfiguration entlang der Messachsenrichtung 82 entspricht.
• In der in 6B gezeigten Ausführungsform ist ein zweiter betriebsfähiger Satz 666b von einzelnen Quellen 665n aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand ist der zweite betriebsfähige Satz 666b eine Teilmenge von einzelnen Quellen des adressierbaren Lichtquellen-Arrays 665, die sich innerhalb einer Abmessung W₂ befinden, die der Abmessung eines Sichtbereichs einer Detektorkonfiguration entlang der Messachsenrichtung 82 entspricht. Die Abmessung W₂ ist kleiner als die in 6A gezeigte Abmessung W₁. Wie ausführlicher nachfolgend beschrieben wird, ist somit der in 6B gezeigte Zustand für eine Detektorkonfiguration mit einem kleineren Sichtbereich geeigneter als der von 6A, da ein durch eine diesen Zustand des Beleuchtungsabschnitts 660 nutzende Messgeberkonfiguration bereitgestelltes Selbstbild eine kleinere Abmessung entlang der Messachsenrichtung haben wird, die die Detektorkonfiguration effizienter abdeckt, während Streulicht von einem Abschnitt des Selbstbilds, das sich außerhalb der Detektorkonfiguration befindet, eliminiert oder reduziert wird. Dies bietet den Vorteil eines geringeren Energieverbrauchs in einer solchen Messgeberkonfiguration. Der Beleuchtungsabschnitt 660 kann daher in einer Vielfalt von Messgeberkonfigurationen mit Detektorkonfigurationen, die unterschiedliche Sichtbereichsgrößen entlang der Messachsenrichtung 82 aufweisen und die ebenfalls die Herstellkosten beim Produzieren einer Vielfalt von Konfigurationen reduzieren können, eingesetzt werden. Herkömmliche Messgeberkonfigurationen, die Moire-Abbildungstechniken einsetzen, erfordern einen größeren Quellenspaltabstand, um einen größeren Sichtbereich einer Detektorkonfiguration zu füllen. Der Beleuchtungsabschnitt 660 bietet die Fähigkeit, einen größeren Sichtbereich einer Detektorkonfiguration mit einem kleineren Quellenspaltabstand zu füllen.
• In der in 6C gezeigten Ausführungsform ist ein dritter betriebsfähiger Satz 666c der einzelnen Quellen 665n aktiviert, wie durch ein Füllmuster angedeutet. In diesem Zustand ist der dritte betriebsfähige Satz 666c eine Teilmenge von einzelnen Quellen des adressierbaren Lichtquellen-Arrays 665, die sich innerhalb einer Abmessung W₂ befinden, was der Größe des in 6B gezeigten betriebsfähigen Satzes 666b entspricht. Der betriebsfähige Satz von einzelnen Quellen 666c befindet sich außermittig relativ zu dem adressierbaren Lichtquellen-Array. Insbesondere sind die aktivierten einzelnen Quellen in 6C um einen Wert Δx entlang der Messachsenrichtung relativ zur „mittigen“ Position des in 6B gezeigten zweiten betriebsfähigen Satzes 666b versetzt. Die Montagekosten können reduziert werden, da Sätze der einzelnen Quellen entlang der Messachsenrichtung nach Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden können, um die Ausrichtung in Bezug auf eine Detektorkonfiguration zu korrigieren, anstatt den gesamten Beleuchtungsabschnitt 660 während der Montage mechanisch auszurichten.
• 7 ist ein Ablaufdiagramm 700 eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Messgebers. An einem Block 710 wird ein erster optischer Messgeber bereitgestellt, der ein sich entlang einer Messachsenrichtung ersteckendes erstes Skalengitter, eine Detektorkonfiguration und einen ersten Fall einer ersten Beleuchtungsabschnittkonfiguration, die ein adressierbares Lichtquellen-Array umfasst, das entlang der Messachsenrichtung angeordnete einzelne Quellen umfasst und das dazu eingerichtet ist, mindestens einen ersten adressierbaren Satz und einen zweiten adressierbaren Satz der einzelnen Quellen bereitzustellen, umfasst. Am Block 720 wird ein zweiter optischer Messgeber bereitgestellt, der ein vom ersten Skalengitter unterschiedliches zweites Skalengitter, eine Detektorkonfiguration und einen zweiten Fall der ersten Beleuchtungsabschnittskonfiguration umfasst. An einem Block 730 wird ein erster Fall des ersten Beleuchtungsabschnitts betrieben, um das erste Skalengitter mittels dem ersten adressierbaren Satz der einzelnen Quellen in dem ersten optischen Messgeber zu beleuchten, und der zweite Fall der ersten Beleuchtungsabschnittskonfiguration wird betrieben, um das zweite Skalengitter mittels des zweiten adressierbaren Satzes von einzelnen Quellen in dem zweiten optischen Messgeber zu beleuchten. Beispielsweise kann der Beleuchtungsabschnitt 360 in einem ersten Messgeber, der eine Beleuchtungsteilung P₁ erfordert, mittels des ersten Satzes von adressierbaren einzelnen Quellen 366a betrieben werden und er kann in einem zweiten Messgeber, der eine Beleuchtungsteilung 2*P₁ erfordert, mittels des zweiten Satzes von adressierbaren einzelnen Quellen 366b betrieben werden. Als weiteres Beispiel kann der Beleuchtungsabschnitt 660 in einem ersten Messgeber betrieben werden, der einen Sichtbereich erfordert, der der Beleuchtung mit einer durch den ersten adressierbaren Satz von einzelnen Quellen 666a bereitgestellten Breite W₁ entspricht, und er kann in einem zweiten Messgeber betrieben werden, der einen Sichtbereich erfordert, der der Beleuchtung mit einer durch den zweiten adressierbaren Satz von einzelnen Quellen 666b bereitgestellten Breite W₂ entspricht.
• In einigen Ausführungsformen kann das erste Skalengitter des ersten optischen Messgebers durch einen ersten Abstand Z₁ von der Detektorkonfiguration entlang einer zur Messachsenrichtung querlaufenden Richtung beabstandet sein, und das zweite Skalengitter des zweiten optischen Messgebers kann durch einen zweiten Abstand Z₂ von der Detektorkonfiguration entlang einer zur Messachsenrichtung querlaufenden Richtung beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen kann auch der Quellenspaltabstand zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Messgeber variieren.
• In einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Messgeber kein lichtblockierendes Element zwischen deren adressierbarem Lichtquellen-Array und deren Skalengitter enthalten.
• 8 ist ein Ablaufdiagramm 800 eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Messgebers. An einem Block 810 wird ein optischer Messgeber bereitgestellt, der ein sich entlang einer Messachsenrichtung erstreckendes Skalengitter, eine Detektorkonfiguration und eine Beleuchtungsabschnittkonfiguration, die ein adressierbares Lichtquellen-Array umfasst, das entlang der Messachsenrichtung angeordnete einzelne Quellen umfasst und das dazu eingerichtet ist, mindestens einen ersten adressierbaren Satz und einen zweiten adressierbaren Satz der einzelnen Quellen bereitzustellen, umfasst. Am Block 820 wird der Beleuchtungsabschnitt betrieben, um das Skalengitter mittels eines betriebsfähigen Satzes der einzelnen Quellen, der weniger als eine Gesamtheit des adressierbaren Lichtquellen-Arrays enthält, zu beleuchten.
• Am Block 820 kann in einigen Ausführungsformen das Betreiben des Beleuchtungsabschnitts mittels des betriebsfähigen Satzes der einzelnen Quellen umfassen, den betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen so abzustimmen oder auszuwählen, dass er relativ zu der Detektorkonfiguration ungefähr mittig entlang der Messachsenrichtung ist, und mindestens eine einzelne Quelle nahe am Ende des adressierbaren Lichtquellen-Arrays auszuschließen. Wie beispielsweise mit Bezug auf 6C beschrieben, kann der betriebsfähige Satz der einzelnen Quellen (z.B. der dritte adressierbare Satz 666c) nach Bedarf entlang der Messachsenrichtung aktiviert oder deaktiviert werden, um eine Ausrichtung in Bezug auf eine Detektorkonfiguration zu korrigieren, anstatt den gesamten Beleuchtungsabschnitt während der Montage mechanisch auszurichten.
• Am Block 820 können in einigen Ausführungsformen die einzelnen Quellen des ersten adressierbaren Satzes und des zweiten adressierbaren Satzes gemäß unterschiedlicher Beleuchtungsteilungen angeordnet werden, und das Betreiben des Beleuchtungsabschnitts mittels des betriebsfähigen Satzes der einzelnen Quellen kann umfassen, den betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen abzustimmen oder auszuwählen, um eine Beleuchtungsteilung der einzelnen Quellen zu wählen.
• Obwohl verschiedene Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann basierend auf dieser Offenbarung zahlreiche Variationen in den dargestellten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Betriebsabläufen ersichtlich. Es versteht sich daher, dass verschiedene Änderungen darin vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (12)

1. Beleuchtungsabschnitt (260, 360, 460, 560, 660) für einen optischen Messgeber (200), der ein Skalengitter (210), das sich entlang einer Messachsenrichtung (82) erstreckt und angeordnet ist, um Licht von dem Beleuchtungsabschnitt zu empfangen, und eine Detektorkonfiguration (225), die angeordnet ist, um Licht von dem Skalengitter zu empfangen, umfasst, wobei: der Beleuchtungsabschnitt ein adressierbares Lichtquellen-Array (265, 365, 465, 565, 665) umfasst; das adressierbare Lichtquellen-Array einzelne Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) umfasst, die entlang der Messachsenrichtung angeordnet sind; das adressierbare Lichtquellen-Array dazu eingerichtet ist, mindestens erste und zweite adressierbare Sätze (366a, 366b, 366c, 466a, 466b, 566a, 566b, 666a, 666b, 666c) der einzelnen Quellen bereitzustellen; der Beleuchtungsabschnitt in dem optischen Messgeber angeordnet ist; der Beleuchtungsabschnitt dazu eingerichtet ist, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) zu verwenden; die einzelnen Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) des betriebsfähigen Satzes gemäß einer Beleuchtungsteilung P_MI entlang der Messachsenrichtung (82) periodisch beabstandet sind; und das Skalengitter (210) eine Skalenteilung P_SF entlang der Messachsenrichtung aufweist und die Detektorkonfiguration einen Satz von optischen Detektorabschnitten (226n) mit einer Detektorteilung P_d entlang der Messachsenrichtung umfasst und die Beleuchtungsteilung P_MI ungefähr einen Ausdruck P_MI=P_a*P_sF/ (P_a-P_SF) erfüllt.
2. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei der erste adressierbare Satz (366a, 666a) von einzelnen Quellen eine Gesamtheit eines periodischen adressierbaren Arrays von Lichtquellen ist und der zweite adressierbare Satz (366b, 366c, 666b, 666c) von einzelnen Quellen eine Teilmenge des periodischen adressierbaren Arrays von Lichtquellen ist.
3. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei der erste adressierbare Satz (366b, 466a, 566a, 666b) von einzelnen Quellen eine Teilmenge eines periodischen adressierbaren Arrays von Lichtquellen ist und der zweite adressierbare Satz (366c, 466b, 566b, 666c) der einzelnen Quellen eine Teilmenge des periodischen adressierbaren Arrays von Lichtquellen ist.
4. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei: die einzelnen Quellen des ersten adressierbaren Satzes (366b, 466a, 566a, 666b) der einzelnen Quellen periodisch entlang der Messachsenrichtung mit einer ersten Teilung P₁ angeordnet sind; und die einzelnen Quellen des zweiten adressierbaren Satzes (366c, 466b, 566b, 666c) der einzelnen Quellen periodisch entlang der Messachsenrichtung mit einer zweiten Teilung P₂ angeordnet sind, die sich von der ersten Teilung P₁ unterscheidet.
5. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei: der Beleuchtungsabschnitt in dem optischen Messgeber angeordnet ist; und der Beleuchtungsabschnitt dazu eingerichtet ist, einen betriebsfähigen Satz (666b, 666c) der einzelnen Quellen zu verwenden, der relativ zur Detektorkonfiguration entlang der Messachsenrichtung ungefähr mittig ist und der mindestens eine einzelne Quelle nahe einem Ende des adressierbaren Lichtquellen-Arrays ausschließt.
6. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Quellen LEDs enthalten, die entlang einer quer zur Messachsenrichtung verlaufenden Richtung streifenförmig gestreckt ausgebildet sind und eine schmale Abmessung entlang der Messachsenrichtung aufweisen.
7. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungsabschnitt Licht mit einer Wellenlänge λ ausgibt und der Beleuchtungsabschnitt von dem Skalengitter durch einen Abstand Zs entlang einer zur Messachsenrichtung querlaufenden Richtung beabstandet ist, wobei der Abstand Zs einen Ausdruck Zs = 2*P_MI*P_SF/λ erfüllt.
8. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 7, wobei das Skalengitter von der Detektorkonfiguration durch einen Abstand Zi entlang einer zur Messachsenrichtung querlaufenden Richtung beabstandet ist, wobei der Abstand Zi einen Ausdruck Zi=Zs*P_sF/ (P_MI-P_SF) erfüllt.
9. Beleuchtungsabschnitt nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungsabschnitt in dem optischen Messgeber angeordnet ist; und der optische Messgeber keine lichtblockierenden Elemente zwischen dem adressierbaren Lichtquellen-Array und dem Skalengitter enthält.
10. Verfahren (800) zum Betrieb eines optischen Messgebers, umfassend: Bereitstellen (810) eines optischen Messgebers (200), der ein sich entlang einer Messachsenrichtung (82) erstreckendes Skalengitter (210), eine Detektorkonfiguration (225) und einen Beleuchtungsabschnitt (260, 360, 460, 560, 660), der ein adressierbares Lichtquellen-Array (265, 365, 465, 565, 665) umfasst, das entlang der Messachsenrichtung angeordnete einzelne Quellen (265n, 365n, 465n, 565n, 665n) umfasst und das dazu eingerichtet ist, mindestens einen ersten adressierbaren Satz (366a, 366b, 466a, 566a, 666a, 666b) und einen zweiten adressierbaren Satz (366c, 466b, 566b, 666c) der einzelnen Quellen bereitzustellen, umfasst; und Betreiben (820) der Beleuchtungsabschnitt, um das Skalengitter mittels eines betriebsfähigen Satzes der einzelnen Quellen zu beleuchten, wobei: der Beleuchtungsabschnitt in dem optischen Messgeber angeordnet ist; der Beleuchtungsabschnitt dazu eingerichtet ist, einen betriebsfähigen Satz der einzelnen Quellen zu verwenden; die einzelnen Quellen des betriebsfähigen Satzes gemäß einer Beleuchtungsteilung P_MI entlang der Messachsenrichtung periodisch beabstandet sind; und das Skalengitter eine Skalenteilung P_SF entlang der Messachsenrichtung aufweist und die Detektorkonfiguration einen Satz von optischen Detektorabschnitten mit einer Detektorteilung P_d entlang der Messachsenrichtung umfasst und die Beleuchtungsteilung P_MI ungefähr einen Ausdruck P_MI=P_a*P_sF/ (P_d-P_SF) erfüllt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der betriebsfähige Satz der einzelnen Quellen weniger als eine Gesamtheit des adressierbaren Lichtquellen-Arrays enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei: die einzelnen Quellen des ersten adressierbaren Satzes (366b, 466a, 566a, 666b) der einzelnen Quellen periodisch entlang der Messachsenrichtung mit einer ersten Teilung P₁ angeordnet sind; die einzelnen Quellen des zweiten adressierbaren Satzes (366c, 466b, 566b, 666c) der einzelnen Quellen periodisch entlang der Messachsenrichtung mit einer zweiten Teilung P₂ angeordnet sind, die sich von der ersten Teilung P₁ unterscheidet.

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