Disposición de lente para un codificador óptico.

Unidad de exploración para un dispositivo de medición de posición para la exploración óptica de una medida materializada

(2) con

- una fuente de luz (11) para emitir luz en la dirección de una medida materializada (2),

- un detector (19) para recibir la luz modificada por la medida materializada (2) y

- una disposición de lente (3, 4) dispuesta delante del detector (19), que presenta una pluralidad de lentes ópticas para generar una imagen definida de una zona de la medida materializada (2) explorada por medio de la luz sobre el detector (19), siendo la escala de imagen (ß) de la disposición de lente (3, 4) mayor que cero y menor o igual a dos y comprendiendo la disposición de lente (3, 4) dos grupos (3; 4) de lentes, que están dispuestas en cada caso en uno de dos planos que se extienden en paralelo entre sí (30, 40), estando orientados los planos (30, 40) de tal manera que la luz modificada (L) corta los planos (30, 40) y las lentes de los dos grupos (3, 4) están reunidas en cada caso por parejas para formar una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) y que las lentes (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41c) de una celda están dispuestas una tras otra en cada caso en perpendicular a los dos planos (30, 40), de modo que al menos una parte de los rayos de luz modificados (L), que han atravesado una primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c), llega a continuación a la segunda lente (41a, 41 b, 41c) de la celda (31a, 41a; 31 b, 41b; 31c, 41 c), caracterizada por que

- el valor de la escala de imagen (ß1) de la primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de la celda respectiva (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31c, 41c) es menor que el valor de la escala de imagen (ß2) de la segunda lente (41a, 41b, 41c) en una medida tal que los rayos de luz (L) de un haz de luz (B) que ha atravesado la primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de una celda (31a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) no llegan a una segunda lente (41 a, 41 b, 41 c) de otra celda (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) y

- las distancias focales (f1, f2) de las lentes (31, 32, 33; 41) del primer grupo (3) y del segundo grupo (4) son diferentes, siendo la distancia focal (f1) de las lentes (31 a, 31 b, 31 c), que atraviesa en primer lugar la luz modificada (L), preferentemente mayor que la distancia focal (f2) de las otras lentes (41a, 41b, 41c).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04006521.

Solicitante: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 12 60 83292 TRAUNREUT ALEMANIA.

Inventor/es: HOLZAPFEL, WOLFGANG, MAYER,ELMAR, BENNER,ULRICH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud... > G01D5/347 (que utilizan escalas de codificación de desplazamiento)
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > G02B3/00 (Lentes simples o compuestas (ojos artificiales A61F 2/14; cristales de gafas o lentes de contacto para los ojos G02C; cristales de reloj o de péndulo G04B 39/00))

PDF original: ES-2550403_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Disposición de lente para un codificador óptico.
Ilustración 2 de Disposición de lente para un codificador óptico.
Ilustración 3 de Disposición de lente para un codificador óptico.
Ilustración 4 de Disposición de lente para un codificador óptico.
Ilustración 5 de Disposición de lente para un codificador óptico.
Disposición de lente para un codificador óptico.

Fragmento de la descripción:

Disposición de lente para un codificador óptico La invención se refiere a una unidad de exploración para un dispositivo de medición de posición para la exploración óptica de una medida materializada de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación de patente 1.

Una unidad de exploración de este tipo comprende una fuente de luz para emitir luz en la dirección de la medida materializada provista de una pista explorable visualmente; un detector para recibir la luz modificada por la medida materializada, por ejemplo reflectada; así como una disposición de lente dispuesta delante del detector, que presenta una pluralidad de lentes ópticas, para generar una imagen definida de una zona de la medida materializada explorada por medio de la luz sobre el detector.

Una unidad de exploración de este tipo puede estar prevista para la exploración de una medida materializada provista de una pista de código en el procedimiento de luz refleja o en el procedimiento de luz transmitida. En el caso mencionado en primer lugar, se modifica y se refleja mediante la medida materializada la luz emitida por la fuente de luz en la dirección de la medida materializada; en el caso mencionado en segundo lugar, la luz emitida por la fuente de luz atraviesa la medida materializada (permeable a la luz) y se modifica a este respecto.

Por el documento EP 1 009 936 A1 se conoce un dispositivo de medición de posición en el que puede explorarse una graduación de medición por medio de una fuente de luz y de un detector en forma de una línea CCD. A este respecto, entre la graduación de medición prevista sobre una medida materializada y el detector, está prevista una pluralidad de lentes dispuestas una junto a otra en un plano, a través de las que se representa la graduación de medición dispuesta sobre la medida materializada sobre el detector.

El documento WO 02/084223 A1 da a conocer en la Figura 6 un dispositivo de medición de posición óptico, en el que está dispuesta una serie de microlentes en la trayectoria de los rayos de exploración. A través de esta se representa una parte de la escala explorada sobre un detector. Detalles para la configuración de la serie de microlentes no se encuentran en este documento. La invención se basa en el problema de crear una unidad de exploración para un dispositivo de medición de posición del tipo mencionado al principio, que permita utilizar detectores idénticos para la exploración de una medida materializada en el procedimiento de luz refleja y en el procedimiento de luz transmitida.

Este problema se resuelve de acuerdo con la invención mediante la creación de una unidad de exploración con las 35 características de las reivindicaciones independientes 1 o 12.

Después, la escala de la imagen de la disposición de lente, que sirve para generar una imagen definida de la zona explorada de la medida materializada sobre el detector, es mayor que cero y menor o igual a dos.

Mediante la escala de la imagen positiva de la disposición de lente se consigue que la imagen generada sobre el detector de la zona explorada de la medida materializada, independientemente de si la medida materializada se explora en el procedimiento de luz refleja o en el procedimiento de luz transmitida, presente la misma orientación espacial. Con ello puede usarse también, en el caso de pistas de código con información de posición absoluta (por ejemplo un código PRC) , un tipo de detector que se base por ejemplo en un Opto-ASIC determinado, de igual 45 manera en un aparato de medición de posición de luz transmitida como en un aparato de medición de posición de luz refleja; entonces, mediante la escala de la imagen positiva, se garantiza una representación y evaluación correctas de una pista de código de la medida materializada.

En una forma de realización preferida la disposición de lente está diseñada de tal manera que la escala de la imagen adopte el valor uno. Una escala de la imagen con un valor mayor que uno puede servir sin embargo por ejemplo para ampliar estructuras muy pequeñas hasta la medida materializada.

La disposición de lente comprende una pluralidad de lentes dispuestas en al menos un plano, que están orientadas de tal manera que la luz modificada por la medida materializada corta este plano. El plano se extiende para ello, por 55 un lado, a lo largo de la dirección de medición, a lo largo de la que puede moverse la unidad de exploración con respecto a la medida materializada, así como, por otro lado, en perpendicular a esta dirección.

En particular, la disposición de lente comprende dos grupos de lentes, que están dispuestas en cada caso en uno de dos planos que se extienden en paralelo entre sí, en la que las lentes de los dos grupos están reunidas en cada caso por parejas para formar una celda y las lentes de una celda están dispuestas una tras otra en cada caso en perpendicular a dichos planos.

La disposición de las lentes para la formación de celdas tiene lugar de tal manera que al menos una parte de los rayos de luz modificados, que han atravesado una primera lente de una celda, llegan a continuación a la segunda 65 lente de la misma celda, llegando preferentemente esencialmente todos los rayos de luz, que han atravesado la primera lente de una celda, a continuación a la segunda lente de la misma celda y no a una segunda lente de otra

celda.

La escala de la imagen prevista de acuerdo con la invención de la disposición de lente puede conseguirse en particular por que para cada celda de la disposición de lente el producto de las escalas de la imagen de las dos lentes es menor o igual a uno, en particular igual a uno. En este sentido, preferentemente para cada celda el valor de la escala de la imagen de la primera lente es menor que el valor de la escala de la imagen de la segunda lente, a la que llega la luz, después de que ha atravesado la primera lente. Esto significa que la imagen intermedia generada por la primera lente de la celda respectiva presenta una extensión menor que la imagen, generada por las dos lentes de la celda finalmente sobre el detector, de la zona explorada de la medida materializada.

Seleccionándose el valor de la escala de la imagen de la primera lente de la celda respectiva menor que el valor de la escala de la imagen de la segunda lente, en una medida tal que los rayos de luz de un haz de luz, que ha atravesado la primera lente de una celda, no llegan a una segunda lente de otra celda, puede impedirse, sin el uso de una estructura de obturador, una diafonía entre celdas adyacentes. Para ello pueden seleccionarse diferentes en particular las distancias focales de las lentes del primer grupo y del segundo grupo de la disposición de lente, siendo la distancia focal de las lentes, que atraviesa en primer lugar la luz modificada por la medida materializada, mayor que la distancia focal de las otras, segundas lentes de las celdas.

Por otro lado, puede estar prevista una estructura de obturador para evitar una diafonía entre celdas adyacentes. Esta estructura de obturador puede estar dispuesta por ejemplo en el plano de aquel grupo de lentes que atraviesa en primer lugar la luz modificada por la medida materializada. Como alternativa, la estructura de obturador puede estar dispuesta también entre los dos grupos de lentes. En este sentido puede estar asociado a cada celda un obturador independiente de la estructura de obturador.

Las lentes individuales de la disposición de lente están preferentemente curvadas a modo de cilindro y pueden estar diseñadas en la vista en planta, por ejemplo en forma rectangular, elíptica o radialmente simétrica.

Para la formación de cada una de las lentes son adecuados elementos ópticos tanto de difracción como de refracción.

Así mismo, puede estar previsto... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Unidad de exploración para un dispositivo de medición de posición para la exploración óptica de una medida materializada (2) con -una fuente de luz (11) para emitir luz en la dirección de una medida materializada (2) , -un detector (19) para recibir la luz modificada por la medida materializada (2) y -una disposición de lente (3, 4) dispuesta delante del detector (19) , que presenta una pluralidad de lentes ópticas para generar una imagen definida de una zona de la medida materializada (2) explorada por medio de la luz sobre el detector (19) , siendo la escala de imagen (ß) de la disposición de lente (3, 4) mayor que cero y menor o igual a dos y comprendiendo la disposición de lente (3, 4) dos grupos (3; 4) de lentes, que están dispuestas en cada caso en uno de dos planos que se extienden en paralelo entre sí (30, 40) , estando orientados los planos (30, 40) de tal manera que la luz modificada (L) corta los planos (30, 40) y las lentes de los dos grupos (3, 4) están reunidas en cada caso por parejas para formar una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) y que las lentes (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41c) de una celda están dispuestas una tras otra en cada caso en perpendicular a los dos planos (30, 40) , de modo que al menos una parte de los rayos de luz modificados (L) , que han atravesado una primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) , llega a continuación a la segunda lente (41a, 41 b, 41c) de la celda (31a, 41a; 31 b, 41b; 31c, 41 c) , caracterizada por que -el valor de la escala de imagen (ß1) de la primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de la celda respectiva (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31c, 41c) es menor que el valor de la escala de imagen (ß2) de la segunda lente (41a, 41b, 41c) en una medida tal que los rayos de luz (L) de un haz de luz (B) que ha atravesado la primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de una celda (31a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) no llegan a una segunda lente (41 a, 41 b, 41 c) de otra celda (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) y -las distancias focales (f1, f2) de las lentes (31, 32, 33; 41) del primer grupo (3) y del segundo grupo (4) son diferentes, siendo la distancia focal (f1) de las lentes (31 a, 31 b, 31 c) , que atraviesa en primer lugar la luz modificada (L) , preferentemente mayor que la distancia focal (f2) de las otras lentes (41a, 41b, 41c) .

2. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la escala de imagen (ß) es igual a uno.

3. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que todos los rayos de luz modificados (L) que han atravesado la primera lente (31a, 31b, 31c) de una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) llegan a continuación a la segunda lente (41a, 41b, 41c) de esta celda (31a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) .

4. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que las lentes dispuestas una junto a otra en un plano (30) y a este respecto en una dirección (Q) perpendicular a la dirección de medición (M) están desplazadas una con respecto a otra en cada caso en la dirección de medición (M) .

5. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que para cada celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) el producto de las escalas de imagen (ß1, ß2) de las dos lentes (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) es menor o igual a uno, en particular es igual a uno.

6. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que para cada celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) para el valor de la escala de imagen (ß1) de la primera lente (31a, 41b, 31c) a la que llega la luz

modificada (L) y para el valor de la escala de imagen (ß2) de la segunda lente (41 a, 41 b, 41 c) a la que llega a continuación la luz modificada (L) , es válido:

|ß1| << 1 y |ß2| >> 1.

7. Unidad de exploración de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que a la disposición de lente (3, 4) está asociada una estructura de obturador.

8. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que la estructura de obturador está

dispuesta en el plano (30) de aquel grupo (3) de lentes (31 a, 31 b, 31 c) que atraviesa en primer lugar la luz 55 modificada (L) .

9. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que la estructura de obturador está dispuesta entre los dos grupos (3, 4) de lentes (31a, 31 b, 31 c; 41 a, 41 b, 41 c) .

10. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada por que a cada celda (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) está asociado un obturador (5) de la estructura de obturador.

11. Dispositivo de medición de posición con una medida materializada (2) , que presenta al menos una pista

explorable ópticamente (21, 22) , y con una unidad de exploración (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 65 anteriores 1 -10 para la exploración de la medida materializada (2) .

12. Unidad de exploración para un dispositivo de medición de posición para la exploración óptica de una medida materializada (2) con -una fuente de luz (11) para emitir luz en la dirección de una medida materializada (2) , -un detector (19) para recibir la luz modificada por la medida materializada (2) y -una disposición de lente (3, 4) dispuesta delante del detector (19) , que presenta una pluralidad de lentes ópticas para generar una imagen definida de una zona de la medida materializada (2) explorada por medio de la luz sobre el detector (19) , siendo la escala de imagen (ß) de la disposición de lente (3, 4) mayor que cero y menor o igual a dos y comprendiendo la disposición de lente (3, 4) dos grupos (3; 4) de lentes, que están dispuestas en cada caso en uno de dos planos que se extienden en paralelo entre sí (30, 40) , estando orientados los planos (30, 40) de tal manera que la luz modificada (L) corta los planos (30, 40) y las lentes de los dos grupos (3, 4) están reunidas en cada caso por parejas para formar una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) y que las lentes (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) de una celda están dispuestas una tras otra en cada caso en perpendicular a los dos planos (30, 40) , de modo que al menos una parte de los rayos de luz modificados (L) , que han atravesado una primera lente (31 a, 31 b, 31 c) de una celda (31a, 41a; 31 b, 41b; 31c, 41c) , llegan a continuación a la segunda lente (41a, 41b, 41c) de la celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41 c) , caracterizada por que -para cada celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) el valor de la escala de imagen (ß1) de la primera lente (31a, 41b, 31c) , a la que llega la luz modificada (L) , es menor que el valor de la escala de imagen (ß2) de la segunda lente (41 a, 41 b, 41 c) , a la que llega a continuación la luz modificada (L) y -a la disposición de lente (3, 4) está asociada una estructura de obturador, guiándose la luz modificada por medio de la estructura de obturador de tal manera que aquellos rayos de luz (L) que han atravesado la primera lente (31a, 31b, 31c) de una celda (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) no llegan a una segunda lente (41a, 41 b, 41c) de otra celda (31a, 41a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) .

13. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que la escala de imagen (ß) es igual a uno.

14. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que todos los rayos de luz modificados (L) que han atravesado la primera lente (31 a, 31 b, 31c) de una celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) llegan a continuación a la segunda lente (41a, 41b, 41c) de esta celda (31a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) .

15. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que las lentes dispuestas una

junto a otra en un plano (30) y a este respecto en una dirección (Q) perpendicular a la dirección de medición (M) 35 están desplazadas una con respecto a otra en cada caso en la dirección de medición (M) .

16. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que para cada celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) el producto de las escalas de imagen (ß1, ß2) de las dos lentes (31 a, 41a; 31b, 41b; 31 c, 41 c) es menor o igual a uno, en particular es igual a uno.

17. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por que para cada celda (31a, 41a; 31b, 41b; 31c, 41c) para el valor de la escala de imagen (ß1) de la primera lente (31 a, 41 b, 31 c) , a la que llega la luz modificada (L) y para el valor de la escala de imagen (ß2) de la segunda lente (41 a, 41 b, 41 c) , a la que llega a continuación la luz modificada (L) , es válido:

|ß1| << 1 y |ß2| >> 1.

18. Unidad de exploración de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizada por que las distancias focales (f1, f2) de las lentes (31, 32, 33; 41) del primer grupo (3) y del segundo grupo (4) son diferentes, siendo la distancia focal (f1) de las lentes (31a, 31 b, 31 c) , que atraviesa en primer lugar la luz modificada (L) , preferentemente mayor que la distancia focal (f2) de las otras lentes (41 a, 41 b, 41 c) .

19. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que la estructura de obturador

está dispuesta en el plano (30) de aquel grupo (3) de lentes (31 a, 31 b, 31 c) , que atraviesa en primer lugar la luz 55 modificada (L) .

20. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que la estructura de obturador está dispuesta entre los dos grupos (3, 4) de lentes (31a, 31 b, 31 c; 41 a, 41 b, 41c) .

21. Unidad de exploración de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizada por que a cada celda (31 a, 41 a; 31 b, 41 b; 31 c, 41 c) está asociado un obturador (5) de la estructura de obturador.

22. Dispositivo de medición de posición con una medida materializada (2) , que presenta al menos una pista

explorable ópticamente (21, 22) , y con una unidad de exploración (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 65 anteriore.

12. 21 para la exploración de la medida materializada (2) .