Optoelektronisches Lageinessverfahren und optoelektronische Lagemesseinrichtung

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Lagemessverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine optoelektronische Lagemesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Das Bestimmen von Richtungen, Winkeln und Längen als Lagen ist in vielen Anwendungsbereichen gefordert, wie beispielsweise in der geodätischen und industriellen Vermessung. Entwicklungen in der Winkelmesstechnik führten über mechanische Ablesevorgänge bis zur vollautomatisierten Winkelmessung nach dem heutigen Stand der Technik.

Bekannte automatisierte Lagemessvorrichtungen umfassen im Allgemeinen einen Codeträger und eine Abtasteinrichtung. Bei Winkelmesseinrichtungen ist der Codeträger üblicherweise relativ zur Abtasteinrichtung um eine Achse drehbar ausgebildet, wobei dann eine Winkellage des Codeträgers die zu messende Grosse darstellt. Der Codeträger kann zum Beispiel eine Teilung oder Codierung zur Positionsbestimmung aufweisen, wobei die Codierung auf einer Oberfläche oder Mantelfläche des Codeträgers aufgebracht sein kann.

Zur automatischen Erfassung der Lage wird der relativ zur Abtasteinrichtung bewegbare Codeträger mittels unterschiedlicher Techniken abgetastet. Bekannte Abtastverfahren sind elektronisch-magnetische, elektronische und optisch-elektronische Verfahren. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf optisch-

elektronische Abtastverfahren und Abtasteinrichtungen, die insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung und einen Detektor aufweisen.

Zur Bestimmung beispielsweise von Winkelstellungen von 0° bis 360° ist die Codierung üblicherweise in einem Vollkreis angeordnet. Die Winkelauflösung des Vollkreises bestimmt sich nach Art der Codierung und nach der zum Lesen der Codierung eingesetzten Abtasteinrichtung. So wird beispielsweise durch Aufbringen eines Codes in mehreren Spuren oder durch eine feinere Teilung die Winkelauflösung gesteigert, wobei die erreichbare Auflösung aus fertigungs- und kostentechnischen Gründen beschränkt ist. Zum Lesen des Codes sind z.B. Anordnungen von einem oder mehreren Detektoren bekannt. CCD-Zeilen-Arrays oder CCD-Flächen- Arrays können beispielsweise solche Detektoren darstellen.

Die schweizerische Patentschrift CH 658514 A5 offenbart eine solche Vorrichtung zum Messen einer Winkellage. Dabei wird eine Marke, deren Lage in Bezug auf eine Fläche von Sensoren die zu messende Grosse darstellt, auf diese Fläche abgebildet. Die Ausgangssignale der Sensoren werden in eine Auswerteschaltung geführt, die die Verteilung der Intensität der durch die Sensoren erzeugten Signale sequentiell ermittelt. Aus der Intensitätsverteilung kann die Lage der Marke in Bezug auf die Fläche von Sensoren abgeleitet werden.

Die Abmessungen einer Lagemesseinrichtung für geodätische Geräte sind vorteilhaft gering zu halten. Um eine entsprechend kleine und wenig aufwendige Bauweise zu erlauben, werden seit einiger Zeit die Beleuchtungseinrichtung und der Detektor der

Lagemesseinrichtung auf einer gemeinsamen, elektrisch versorgten Platine angeordnet, und nicht wie zuvor ober- und unterhalb eines Codeträgers jeweils auf einer separaten elektrisch versorgten Platine. Bei Lagemesseinrichtungen des Standes der Technik mit einer nebeneinander liegenden Anordnung des Detektors und der Beleuchtungseinrichtung werden die emittierten Strahlen beispielsweise durch ein Umlenkelement mit zwei planen, reflektierenden Flächen so umgelenkt, dass eine Abbildung des Codes durch den im Strahlgang nachgeordneten Codeträger auf dem Detektor erzeugt wird. Optional können dabei die emittierten Strahlen mittels einer der Beleuchtungsquelle direkt nachgeordneten Optik kollimiert werden.

Beispielsweise zeigt die US-Patentschrift US 7,145,127 B2 ein Umlenkelement für eine Lagemesseinrichtung, wobei das Umlenkelement zwei gegeneinander ausgerichtete Flächen zur zweifachen Reflexion der emittierten Strahlen aufweist und einen auf ein Sensor abbildbaren Code trägt und somit zusätzlich als Codeträger ausgebildet ist.

Zur Erzielung einer möglichst homogenen Beleuchtung bzw. Ausleuchtung des Codeträgers und zur Erzeugung einer möglichst gleichmässigen Code-Projektion auf dem Detektor werden inzwischen vermehrt Laserdioden als Strahlungsquellen zur Erzeugung der Codeprojektion verwendet. Beispielsweise offenbart die EP 0643286 eine optoelektronische Winkelmesseinrichtung mit einer Halbleiter-Laserdiode als Strahlungsquelle. Dabei werden bisher die Dioden derart angeordnet, dass die Emitterkante der Laserdioden parallel zu dem die Codeprojektion erfassenden Sensorarray ausgerichtet ist. Da die emittierte Strahlung in der Richtung quer zur Emissionskante eine

höhere Divergenz aufweist als in der Richtung parallel zur Emissionskante, ist dabei ein Nachordnen einer Strahlformungsoptik zur Kollimation der Strahlung in einer Ebene senkrecht zur Emitterkante bekannt.

Die erzielbare Genauigkeit einer derartigen Lagemessung hängt von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise vom Kontrast der auf dem Sensorarray erzeugten Schattenprojektion des Codes.

Des Weiteren kann bei einem relativ zum Detektor bewegten Codeträger die Schattenprojektion des Codes auf den

Detektor je nach Belichtungszeit entsprechend verschmieren.

Um etwa eine Genauigkeit der relativen Lage des Codeträgers zum Detektor von 0,05μm beziehungsweise, bei Bestimmung einer Dreh-Lage des Codeträgers, von 0,25 Bogensekunden zu erreichen, darf die Belichtungszeit eine Dauer von ungefähr

200ns nicht überschreiten. Bei Messeinrichtungen des

Standes der Technik würde allerdings bei einer

Belichtungszeit von nur 200ns die Qualität der auf dem

Detektor erzeugten Code-Projektion im Allgemeinen nicht genügen, um den Positionscode sicher auszulesen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung eines Lagemessverfahrens und einer Lagemesseinrichtung, die eine erhöhte Messgenauigkeit ermöglichen.

Hierbei wird eine Verwendung gattungsgemässer, wenig aufwendig herstellbarer Laserdioden angestrebt.

Eine weitere Aufgabe ist eine Verringerung von unerwünschten Intensitätsschwankungen der optischen

Strahlen bei der Beleuchtung des Codeträgers und der Erzeugung der Code-Projektion auf dem Erfassungselement.

Diese Aufgaben werden durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Bei einem erfindungsgemässen Lagemessverfahren emittiert eine Laserdiode mittels ihrer Emitterkante optische Strahlung auf einen relativ zu einem Erfassungselement in einem Freiheitsgrad bewegbaren Codeträger, der einen optisch erfassbaren Positionscode trägt. Die Laserdiode, der bewegbare Positionscode und das Erfassungselement sind so angeordnet, dass eine optisch erfassbare Abbildung eines von der Relativposition des Codeträgers zur Beleuchtungsquelle abhängigen Teiles des Positionscodes auf dem Erfassungselement erzeugt wird. Das Erfassungselement weist dabei in Längsrichtung mindestens eine Zeile mit einer Vielzahl von linear angeordneten lichtempfindlichen Empfangsbereichen auf. Je nach empfangener Strahlung innerhalb der einzelnen Erfassungsbereiche werden Signale mit Strahlungsempfangsinformationen erzeugt, wobei ein Null-Signal gegebenenfalls als Information für einen Empfang keiner Strahlung verwendet werden kann. Anhand eines Auswertens der Signale wird der Code ausgelesen und eine relative Lage des Codeträgers zum Erfassungselement abgeleitet.

Im Gegensatz zur gemäss dem Stand der Technik bekannten

Anordnung der Laserdiode parallel zur Sensorzeile bzw. zur Längsachse des Erfassungselements, wird gemäss der

Erfindung die Laserdiode derart relativ zum Erfassungselement angeordnet und ausgerichtet, dass die Emitterkante der Laserdiode im Wesentlichen quer zur Längsachse des Sensorarrays verläuft. Da der Abstrahlwinkel quer zur Emitterkante grösser und die Emission entlang der quer zur Emitterkante liegenden Divergenzachse - nämlich der Fast-Axis - homogener ist als längs der Emitterkante, kann dadurch eine homogenere Ausleuchtung des Codes erzielt werden.

Hingegen weist die emittierte Strahlung in der Slow-Axis- Richtung, d.h. in Richtung der Divergenzachse parallel zur Emitterkante, einen unerwünscht ungleichen Intensitätsverlauf auf, der sich bei paralleler Anordnung von Laserdiode und Sensorarray negativ auf die Qualität der Codeprojektion auswirkt. Bei der erfindungsgemässen Anordnungsweise wird nun zur Erzeugung der Code-Projektion im Wesentlichen ein in einer Ebene senkrecht zur Emitterkante überlappender Teil der Laserdiodenemission verwendet wird.

Erfindungsgemäss wird die homogenere Beleuchtung des Codes durch eine derartige Anordnung der Laserdiode relativ zum Codeträger erreicht, bei der die Fast-Axis der Laserdiodenemission parallel zur Erstreckungsrichtung des Positionscodes orientiert ist - wobei im Falle einer Anordnung des Positionscodes z.B. in Umfangsrichtung auf einer Kreisscheibe die Beleuchtung durch die Laserdiode mit der Fast-Axis parallel zur Tangentialrichtung des abzubildenden Teiles des Positionscodes erfolgt. Erfindungsgemäss ist daher die Laserdiode derart relativ zur Sensorzeile orientiert, sodass die Fast-Axis - also die senkrecht zur Emitterkante verlaufenden Divergenzachse -

der Laserdiodenemission bei der dadurch erzeugten Projektion auf dem Erfassungselement im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Erfassungselements orientiert ist. Dadurch kann eine homogenere Ausleuchtung des Codes erzielt und der negative Einfluss des ungleichmässigen Intensitätsverlaufs der Laserdiodenemission längs der Emitterkante - also in Slow-Axis-Richtung - verringert oder sogar gänzlich verhindert werden.

Des Weiteren kann durch eine die erfindungsgemässe, im Wesentlichen quer ausgerichtete Anordnung der Laserdiode relativ zum Sensorarray die als Strahlungsquelle dienende Laserdiode näherungsweise als Punktlichtquelle betrachtet werden, wodurch ein höherer Kontrast in der Abbildung erzielbar ist.

Zwar wird erfindungsgemäss - verglichen mit der gemäss dem Stand der Technik üblichen parallelen Anordnung von Laserdiode und Sensorarray - ein geringerer Teil der emittierten Strahlung zur Erzeugung der Code-Projektion verwendet, jedoch kann ein erheblich höherer Kontrast in der Code-Abbildung und - durch die vergleichsweise homogene Abstrahlcharakteristik in einer Achse quer zur Emissionskante - eine sehr homogene Ausleuchtung des Codes erzielt werden. Dadurch können nun erhöhte Messgenauigkeiten - verglichen mit den erreichten Genauigkeiten bei Winkelmesseinrichtungen des Standes der Technik - ermöglicht werden.

Unter der im Wesentlichen senkrecht ausgerichteten

Anordnungsweise der Laserdiode relativ zum Sensorarray ist dabei insbesondere eine strenge senkrechte Ausrichtung zu verstehen, jedoch kann der vorteilhafte Effekt

erfindungsgemäss insbesondere auch bei einer um etwa bis 5° abweichenden Ausrichtung von der strengen senkrechten Anordnungsweise, im Speziellen auch bei einer um bis etwa 10° abweichenden Ausrichtung, erzielt werden.

Zusätzlich kann dabei mindestens ein Teil der emittierten Strahlung mittels eines fokussierenden Elements definiert auf die Empfangsbereiche fokussiert werden. Dadurch erhöht sich die Intensität der auf dem Erfassungselement auftreffenden Strahlung. Insbesondere wird die Strahlung in einer ersten Ebene fokussiert, die senkrecht zur Längsachse des Sensorarrays ausgerichtet ist. In einer insbesondere zur ersten Ebene senkrechten, zweiten Ebene kann die Strahlung - je nach Bedarf zur Erzeugung eines geeigneten Strahlenverlaufs - entweder kollimiert, aufgeweitet, ebenso fokussiert oder gar nicht umgeformt werden. Beispielsweise können dafür Zylinderlinsen, asphärische optische Elemente oder Fresnel-Optiken, die im Strahlgang vor oder nach dem Codeträger angeordnet sind und beispielsweise die optische Strahlung gezielt auf die Empfangsbereiche fokussieren, zum Einsatz kommen.

Vorzugsweise ist der Codeträger rotatorisch oder entlang einer Achse relativ zum Erfassungselement bewegbar. Als relative Lage des Codeträgers werden dann ein Winkel beziehungsweise eine Länge erfasst.

Die Laserdiode und das Sensorarray können gegenüberliegend jeweils auf einer eigenen Platine oder nebeneinander auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein. In beiden Fällen erfolgt dabei die erfindungsgemässe Anordnungsweise mit der senkrechten Ausrichtung der Emitterkante relativ zum Sensorarray.

Bei einer Ausführungsform mit Anordnung der Laserdiode und des Sensors auf einer gemeinsamen Platine emittiert die Laserdiode - mit der Fast-Axis parallel zur Erstreckungsrichtung des abzubildenden Teiles des Positionscodes - optische Strahlung auf den Codeträger, wodurch eine homogene Abbildung des Positionscodes erzeugt wird. Mittels eines im Strahlgang nach dem Codeträger angeordneten Umlenkelements - wie beispielsweise einer Spiegelfläche - kann dann die Abbildung des Codes auf das Erfassungselement umgelenkt werden. Ebenso möglich ist eine Anordnung des Codeträgers im Strahlgang nach dem Umlenkelement .

Als Positionscode sind grundsätzlich jegliche Mittel zu verstehen, durch die eine optische Abbildung eines Codes in Abhängigkeit von der Dreh-Lage des Codeträgers relativ zum Erfassungselement erzeugt werden kann. Eine einfache Ausführung eines Codeträgers ist ein teildurchlässiges Element mit transmittiven und absorbierenden oder diffus streuenden Bereichen, die Markierungen des Codes darstellenden. Ebenso sind diffraktive und nicht diffraktive Bereiche als Markierungen möglich. Wird auf eine Teilfläche eines solchen Codeträgers Strahlung emittiert, so entsteht eine optisch auslesbare Schattenprojektion mit codierter Lageinformation. Durch ein Auslesen des Codes kann eine Lage des Codeträgers relativ zur Strahlungsquelle und/oder zum Detektor abgeleitet werden. Ebenso ist alternativ zum Durchlichtprinzip auch die Ausbildung des Codeelements nach dem Auflichtprinzip möglich, wobei dann die Codeprojektion beispielsweise durch reflektierende und absorbierende Bereiche, die den Code darstellen, erzeugt werden kann.

Es besteht dabei die Möglichkeit, sowohl eine absolute Codierung, als auch eine relative, d.h. inkrementelle, Codierung zu verwenden. Allerdings besteht bei relativen Codierungen der Nachteil, nach einem Stromausfall den Winkelmesser neu initialisieren zu müssen.

Bei einer Ausführungsform der Lagemesseinrichtung als Winkelmesser ist der Codeträger insbesondere um eine Achse herum als Drehkörper, beispielsweise als flacher Zylinder oder Ring, ausgebildet. Zum Messen von beschränkten Winkelbereichen kann es genügen, den Codeträger als Zylinder- oder Ringsegment auszubilden. Bei einer Ausführungsform als Längenmesser weist der Codeträger dagegen insbesondere eine längliche und flache quader- oder stabförmige Gestalt auf. Er kann aus Glas, Kunststoff oder anderem optisch transparenten Material, sowie auch aus nicht-transparentem Material mit Schlitzen und/oder Löchern gefertigt oder als diffraktives optisches Element ausgebildet sein. Erfolgt das Erzeugen eines Abbilds des Codes in Reflexion, so kann der Positionscode zum Beispiel durch reflektierende und absorbierende Bereiche als Markierungen ausgebildet sein.

Je nach gewählter Ausführungsform setzt sich der Positionscode aus mehreren in Umfangs- oder Achsrichtung beabstandeten Markierungen zusammen, die eine Codespur bilden, wobei der Positionscode auch mehrere solcher Spuren, die dann radial bzw. parallel beabstandet angeordnet sind, aufweisen kann.

Als Erfassungselemente kommen dabei insbesondere

Sensorarrays in Frage, wobei im Speziellen - wie aus dem Stand der Technik bekannt - z.B. in einer Zeile aufgereihte

Fotodioden, CCD- oder CMOS-Sensoren sowie auch Flächenarrays verwendet werden können.

Die Anordnung von Codeträger und Abtasteinrichtung, wobei als Abtasteinrichtung die Laserdiode - gegebenenfalls mit nachgeordneter Strahlumformungsoptik - zusammen mit dem Erfassungselement verstanden wird, ist derart, dass eine relative Bewegung in einem Freiheitsgrad, insbesondere eine Relativ-Drehbewegung oder eine relative Längsbewegung entlang einer Achse, zwischen Codeträger und Abtasteinrichtung ermöglicht wird. Eine Drehbewegung erfolgt um eine Drehachse des Codeträgers und/oder der Abtasteinrichtung. Zum Beispiel ist der Codeträger um eine Achse drehbar angeordnet und dreht sich mit einem Element, dessen Winkelstellung erfasst werden soll, mit, während die Abtasteinrichtung fix positioniert ist. Ebenso möglich wäre ein Mitdrehen der Abtasteinrichtung mit dem Element, dessen Winkelstellung erfasst werden soll, während der Codeträger fest bleibt.

Ein Einsatzbereich für erfindungsgemässe Lagemess- einrichtungen sind geodätische Messinstrumente mit der

Funktion der Richtungs- und Winkelbestimmung. So sind beispielsweise Theodoliten mit horizontalem und vertikalem

Teilkreis und entsprechenden Ableseeinrichtungen ausgestattet, um Horizontal- und Vertikalwinkel mit höchster Genauigkeit messen zu können. Ebenso finden

Lagemesseinrichtungen in Messmaschinen aller Art, wie z.B.

Koordinatenmessmaschinen mit Gelenkarmen, Anwendung.

Die erfindungsgemässe Lagemesseinrichtung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten

Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen

Fig. 1 eine Ringscheibe als Codeträger mit einem optisch erfassbaren Positionscode nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Lagemesseinrichtung des Standes der Technik, wobei ein Codeträger zwischen Beleuchtungsquelle mit Kollimationsoptik und Detektor angeordnet ist;

Fig. 3 eine Winkelmesseinrichtung des Standes der Technik mit paralleler Anordnung von Laser- Emitterkante und Sensorarray;

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Winkelmesseinrichtung mit Anordnung der Laser-Emitterkante quer zum

Sensorarray;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Winkelmesseinrichtung mit einer der Laserdiode nachgeordneten Strahlumformungsoptik;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Winkelmesseinrichtung mit Umlenkelement;

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Winkelmesseinrichtung mit

Umlenkelement, das ebenso als Codeträger dient und die Codeprojektion auf das Sensorarray fokussiert;

Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Längenmesseinrichtung mit

Anordnung der Laser-Emitterkante quer zum Sensorarray; und

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Längenmesseinrichtung .

In Figur 1 ist ein Codeträger 10 mit einem optisch erfassbaren Positionscode 11 nach dem Stand der Technik zum Bestimmen einer Dreh-Lage dargestellt. Der Codeträger 10 ist als Ringsegment und beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet und weist als Positionscode 11 eine konzentrisch angeordnete Codespur auf. Die weissen Bereiche des Positionscodes 11 sind lichtdurchlässig und die schwarzen Bereiche lichtundurchlässig ausgebildet. Durch ein Anleuchten eines positionsabhängigen Teils des Codeträgers 10 kann eine Schattenprojektion mit codierter Information über den angeleuchteten Teil des Codeträgers 10, und somit mit Information über eine Dreh- Lage des Codeträgers 10 relativ zu einer beleuchtenden Strahlungsquelle, die in den folgenden Figuren gezeigt wird, erzeugt werden.

Figur 2 zeigt eine Lagemesseinrichtung zur Winkelbestimmung des Standes der Technik mit einer LED 25 als Strahlungsquelle, die Strahlung auf einen Codeträger 10 emittiert. Die emittierte Strahlung ist durch die gestrichelten Linien dargestellt. Der Codeträger 10 weist

einen von seiner Dreh-Lage abhängigen Code als Positionscode 11 auf und ist rotatorisch beweglich um eine Stange als Rotationsachse 51 ausgebildet. Wie in Figur 1 dargestellt kann der Codeträger 10 lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche als Positionscode 11 aufweisen. Dadurch wird der Code mittels - gegebenenfalls kollimierter oder optimal umgeformter - Strahlen auf ein gegenüber der Strahlungsquelle 20 angeordnetes Erfassungselement 30 abgebildet. Da relativ lange Belichtungszeiten verwendet werden, reicht die Qualität der Codeabbildung - d.h. beispielsweise der Kontrast der auf dem Erfassungselement 30 auftreffenden Strahlen - aus, um den Positionscode 11 auszulesen und daraus eine Dreh-Lage des Codeträgers 10 relativ zum fix positionierten Erfassungselement 30 abzuleiten. Aufgrund der verhältnismässig inhomogenen Beleuchtung des Codes 11 ist jedoch die Dreh-Lage nur mit entsprechend nach oben begrenzter Genauigkeit und begrenzter Auslesegeschwindigkeit bestimmbar. Ebenso ist durch die erforderten langen Belichtungszeiten auch die Rotationsgeschwindigkeit des Codeträgers 10 - zur Vermeidung von Fehlmessungen - nach oben beschränkt.

Figur 3 zeigt eine Lagemesseinrichtung zur Winkelbestimmung des Standes der Technik, wobei eine Laserdiode 20 als Strahlungsquelle verwendet wird. Laserdiode 20 ist dabei so angeordnet, dass die Emitterkante 21 parallel zum Sensorarray 35 ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass die längs der Emitterkante 21 verlaufende Divergenzachse nämlich die Slow-Axis - der Laserdiodenemission bei der dadurch erzeugten Projektion auf dem Zeilensensor 35 im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zeilensensors 35 orientiert ist. Da die emittierte Strahlung in

Richtung der Emissionskante 21 - bzw. in Richtung der Slow- Axis - jedoch eine geringere Divergenz als in Querrichtung - nämlich der Fast-Axis - aufweist und somit eine eher linienförmige Strahlungsquelle vorhanden ist, ist die auf dem Sensorarray 35 erzeugte Projektion verhältnismässig kontrastarm und unscharf. Des Weiteren weist Emission der Laserdiode 20 in Richtung der Slow-Axis eine verhältnismässig inhomogene Abstrahlcharakteristik auf, wodurch unerwünschte, nicht durch den Positionscode bedingte Intensitätsschwankungen der auf dem Sensorarray 35 erzeugten Projektion entstehen können.

In Figur 4 ist eine erfindungsgemässe optoelektronische Winkelmessvorrichtung zum Bestimmen einer Dreh-Lage eines Codeträgers 10, der einen Positionscode 11 trägt, in einer 3-D-Ansicht gezeigt. Der Codeträger 10 ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in Figur 1 gezeigt, als Ring und um die Achse 51 drehbar ausgebildet, was eine Rotationsbewegung relativ zu einem fix positionierten, als Erfassungselement 30 ermöglicht. Der Positionscode 11 ist auf dem Codeträger 10 entlang eines Umfangs zur Achse 51 angeordnet.

Das Erfassungselement 30 weist in Längsrichtung mindestens eine Zeile mit einer Vielzahl von linear angeordneten lichtempfindlichen Empfangsbereichen (31) auf und ist zum Empfang von optischer Strahlung ausgebildet. Beispielsweise ist eine Vielzahl von in einer Zeile angeordneten CMOS- Sensoren als lichtempfindliche Empfangsbereiche 31 angeordnet. Die Längsachse 34 des Erfassungselements 30 ist quer zu einer zur Achse 51 radialen Richtung ausgerichtet. Eine Laserdiode 20 als Strahlungsquelle mit einer Emitterkante 21, deren Längsachsachse 24 erfindungsgemäss

in zur Achse 51 radialer Richtung und somit quer zur Anordnungsachse des Sensorarrays 35 ausgerichtet ist, emittiert optische Strahlung.

Durch die erfindungsgemässe Anordnungsweise der Laserdiode 20 quer zum Erfassungselement 30 ist nun eine homogenere Ausleuchtung des Codes 11 erzielbar, da der Abstrahlwinkel quer zur Emitterkante 21 grösser ist.

Ebenso wirkt sich bei dieser Anordnungsweise die in Richtung der Emissionskante 21 verhältnismässig inhomogen verlaufende Abstrahlcharakteristik der Laserdiode 20 weniger negativ auf die Auslesbarkeit des Codes aus der Projektion aus, als bei paralleler Anordnung von Laserdiode 20 und Sensorzeile. Bei der erfindungsgemässen Anordnungsweise wird nun zur Erzeugung der Code-Projektion im Wesentlichen ein in einer Ebene senkrecht zur Emitterkante 21 überlappender Teil der Laserdiodenemission 26 verwendet wird und somit die in einer Achse senkrecht zur Emitterkante 21 emittierte Strahlung auf die Sensorzeile - parallel zu dessen Längsachse 34 projiziert.

Des Weiteren kann durch die erfindungsgemässe, quer ausgerichtete Anordnung der Laserdiode 20 relativ zur Sensorzeile des Erfassungselements 30 die als Strahlungsquelle dienende Laserdiode 20 näherungsweise als Punkt- lichtquelle betrachtet werden, wodurch ein höherer Kontrast in der Code-Abbildung erreicht werden kann.

Zwar wird nun erfindungsgemäss - verglichen mit der parallelen Anordnung von Laserdiode 20 und Sensorarray - ein geringerer Teil der emittierten Strahlung zur Erzeugung

der Code-Projektion verwendet, jedoch kann ein erheblich höherer Kontrast in der Code-Abbildung und - durch die vergleichsweise homogene Abstrahlcharakteristik in einer Achse quer zur Emissionskante 21 - eine sehr homogene Ausleuchtung des Positionscodes 11 erzielt werden. Dadurch können nun erhöhte Messgenauigkeiten - verglichen mit den erreichten Genauigkeiten bei Winkelmesseinrichtungen des Standes der Technik - ermöglicht werden.

Die CMOS-Sensoren der Sensorzeile erfassen dabei die durch den Codeträger 10 erzeugte Abbildung, wobei für jeden einzelnen Sensor ein elektrisches Signal mit Strahlungsempfanginformation erzeugt wird. Anhand dieser Strahlungsempfanginformationen der einzelnen Sensoren kann der abgebildete Teil des Positioncodes 11 entschlüsselt werden und daraus eine Winkelstellung als relative Dreh- Lage des Codeträgers 10 zum Erfassungselement 30 abgeleitet werden.

Das erfindungsgemäss erzielte Erhöhen des Kontrasts und Homogenisieren der unerwünschten Intensitätsschwankungen der auf dem Erfassungselement 30 auftreffenden Strahlung ermöglicht eine Verkürzung der Belichtungszeit und eine Verbesserung der Auslesbarkeit des Codes.

Anhand des erfindungsgemässen Verfahrens kann beispielsweise eine Rotationsbewegung eines Elements, dessen Winkellage bestimmt werden soll, auf den Codeträger 10 übertragen und dadurch die Winkellage dieses Elements abgeleitet werden. Das Element kann zum Beispiel ein Element einer geodätischen Vermessungsstation sein.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform für eine erfindungsgemässe optoelektronische Winkelmesseinrichtung zum Bestimmen einer Dreh-Lage eines Codeträgers 10 gezeigt. Im Unterschied zu Figur 4 ist nun der Laserdiode 20 eine strahlformende Optik 22 nachgeordnet, die die emittierte Strahlung in einer Achse quer zur Ausrichtung der Emissionskante 21 kollimiert . Als Erfassungselement ist hier ein Sensorarray 35 vorgesehen.

Bei der Ausführungsvariante in Figur 6 sind Laserdiode 20 und Sensorarray 35 auf einer gemeinsamen Platine angeordnet, wobei erfindungsgemäss die Emitterkante 21 senkrecht zur Anordnungsrichtung des Sensorarrays 35 ausgerichtet ist.

Die in der Divergenzachse parallel zur Emissionskante 21 - der Slow-Axis - ausgesendete, verhältnismässig geringfügig divergente Strahlung wird durch ein gekrümmtes und fokussierendes Umlenkelement 50 auf das Sensorarray 35 fokussiert. Anhand des Codeträgers 10 wird nun eine Projektion eines lageabhängigen Teiles des Positionscodes 11 erzeugt, die durch das Sensorarray 35 erfassbar ist. Das Umlenkelement 50, das auch als fokussierendes Element 40 ausgebildet ist, weist dazu eine gekrümmte, reflektierende Fläche auf. Durch die Reflexionsfläche wird die Strahlung definiert in einer Achse quer zur Längsachse des Sensorarrays 35 fokussiert. Dadurch erhöht sich die Intensität der auf dem Sensorarray 35 auftreffenden, die Abbildung erzeugenden Strahlung.

Das Umlenkelement 50 kann dabei zusammen mit dem Codeträger 10 relativ zur Platine, auf der die

Strahlungsquelle und der Sensorarray 30 angebracht sind, drehbar beweglich sein und in jeder Winkelstellung die Strahlung fokussierend auf den Sensorarray 35 umlenken.

Figur 7 zeigt eine erfindungsgemässe Lagemesseinrichtung mit einem als Codeträger ausgebildeten fokussierenden Element 40. Das fokussierende Element 40 ist ähnlich dem in Figur 6 gezeigten fokussierenden Umlenkelement ausgebildet, allerdings in einer anderen Perspektive dargestellt. Das hier dargestellte, zusätzlich als Codeträger ausgebildete fokussierende Element 40 weist an der nach unten zeigenden, reflektierenden Fläche einen als Hologramm ausgebildeten Positionscode 11 entlang eines Umfangs zur Achse 51, um welche das fokussierende Element 40 drehbar ausgebildet ist, auf. Emittiert nun die Laserdiode 20 optische Strahlung auf einen drehlageabhängigen Teil des fokussierenden Elements 40, so wird beim in Reflexion erfolgenden Fokussieren der Strahlung auf das Erfassungselement zusätzlich eine durch das Erfassungselement optisch erfassbare Abbildung eines entsprechenden Teiles des Positionscodes 11 erzeugt.

Figur 8 zeigt eine erfindungsgemässe Lagemesseinrichtung zur Bestimmung einer Länge entlang einer Achse 55. Dazu ist der Codeträger 10 als länglicher, dünner Quader ausgebildet und in Richtung seiner Längsachse 55 beweglich. Der Positionscode 11 erstreckt sich dabei in Richtung der Längsachse 55. Eine als Laserdiode 20 ausgebildete Strahlungsquelle emittiert optische Strahlung auf das Sensorarray 20, wobei durch den zwischengeordneten Codeträger 10 eine Projektion eines lageabhängigen Teiles des Positionscodes 11 auf dem Sensorarray 35 entsteht.

Erfindungsgemäss ist dabei - im Gegensatz zum Stand der Technik - eine Anordnung der Laserdiode relativ zum Sensorarray vorteilhaft, bei der die Längsachse der Emitterkante 21 im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Sensorarrays 30 ausgerichtet ist. Die sich dadurch ergebenden Vorteile sind bereits vorgängig beschriebenen.

Die in Figur 8 dargestellte Längenmesseinrichtung kann beispielsweise eingesetzt werden für Koordinaten- messmaschinen mit einem Abtastarm zum Abtasten einer Probe, wobei der Abtastarm unabhängig voneinander in drei zueinander senkrechte Richtungen beweglich ist. Die durch den Abtastarm beim Abtasten zurückgelegten Strecken können nun erfindungsgemäss mit einer verbesserten Genauigkeit bestimmt und somit eine Oberflächenstruktur der Probe genauer abgeleitet werden.

Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Längenmessvorrichtung aus Figur 8. Die Laserdiode 20 und das Sensorarray 35 sind dabei auf einer gemeinsamen Platine aufgebracht, wobei durch ein fokussierendes Umlenkmittel 50 die Codeprojektion auf das Sensorarray 35 projiziert wird. Der Laserdiode 35 sind des Weiteren Abschattungsplatten nachgeordnet, sodass die Beleuchtung des Codeträgers bei der erfindungsgemässen Anordnungsweise einer Beleuchtungsweise, die durch eine ideale punktförmige Strahlungsquelle erzeugt wird, gleicht.

Es versteht sich, dass diese dargestellten Figuren nur Beispiele möglicher Ausführungsformen darstellen.