ES2972318T3 - Dispositivo de medición de posición - Google Patents

Abstract

Un aparato codificador que comprende una escala reflectante y una cabeza lectora. La cabeza lectora comprende al menos un elemento emisor de luz, al menos un sensor y al menos un dispositivo óptico, que junto con la escala forman un sistema óptico en el que el dispositivo óptico forma una imagen de una región iluminada de la escala reflectante sobre el sensor. La trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, pasa a través del dispositivo óptico en su camino hacia y después de la reflexión de la escala. y comprende una trayectoria óptica no reflejada entre el elemento emisor de luz y el dispositivo óptico y una trayectoria óptica no reflejada entre el dispositivo óptico y el sensor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de medición de posición

Esta invención se refiere a un dispositivo de medición de posición, también conocido como codificador de medición de posición, codificador de posición, aparato codificador o simplemente "codificador". En particular, la invención se refiere al denominado aparato codificador/dispositivo de medición de posición absoluta.

Son bien conocidos los aparatos codificadores/dispositivos de medición de posición para medir la posición relativa entre dos objetos móviles. Normalmente, se proporciona una serie de marcas de escala en un objeto y una cabeza lectora para leer las marcas de escala en otro. Las marcas de escala se pueden formar integralmente con el objeto o se pueden proporcionar en una escala que se pueda fijar al objeto.

Un aparato codificador se clasifica comúnmente como aparato codificador incremental o aparato codificador absoluto. En un aparato codificador incremental, la escala tiene una pluralidad de marcas periódicas que pueden ser detectadas por la cabeza lectora para proporcionar un contaje incremental/descendente. Por ejemplo, una escala de este tipo se describe en la Solicitud de Patente Europea n° 0207121. Se pueden proporcionar marcas de referencia, ya sea al lado o insertadas en las marcas periódicas para definir puntos de referencia. Por ejemplo, dicha escala se describe en la Solicitud de Patente Internacional Publicada WO 2005/124282. Un aparato codificador de posición absoluta normalmente mide el desplazamiento relativo mediante una cabeza lectora que detecta una serie única de marcas, por ejemplo, códigos y traduce esos códigos a una posición absoluta. Dicha escala se describe en la Solicitud de Patente Internacional n° PCT/GB2002/001629, y dicho codificador se describe en detalle en el documento WO2010/116144.

Un aparato codificador absoluto se diferencia de un aparato codificador incremental en que un aparato codificador absoluto puede determinar la posición absoluta de la cabeza lectora con respecto a la escala, en la puesta en marcha, sin requerir un movimiento relativo de la cabeza lectora en la escala. Por el contrario, en un aparato codificador incremental, la cabeza lectora tiene que desplazarse hasta una marca de referencia para determinar una posición cero.

Los aparatos codificadores también se pueden clasificar según su medio principal para detectar las características en la escala, por ejemplo, ópticos, magnéticos, inductivos, capacitivos.

Los documentos US2011/233390 y US2011/233391 describen un codificador óptico que tiene una escala que tiene marcas de escala y una cabeza lectora que tiene una fuente de luz que emite luz sobre la escala, una lente del lado de la escala que transmite la luz emitida desde la fuente de luz a la escala y un elemento receptor de luz que recibe la luz que ha sido reflejada por la escala y que ha pasado a través de la lente del lado de la escala. La fuente de luz está dispuesta entre la lente del lado de la escala y el elemento receptor de luz, y una distancia entre la fuente de luz y la lente del lado de la escala se establece como una distancia focal de la lente del lado de la escala. Un eje óptico de la fuente de luz coincide con un eje óptico de la lente del lado de la escala en una dirección de lectura de las marcas de escala y está separado de un eje óptico de la lente del lado de la escala por una distancia predeterminada en una dirección perpendicular a la dirección de lectura de las marcas de escala.

El documento US2007/241270 describe un aparato codificador óptico para la detección de una posición y/o movimiento de un dispositivo mecánico. El aparato comprende una escala de códigos, un alojamiento de codificador que tiene una o más partes y un sensor de detección de luz integrado dentro de la alojamiento de codificador, en donde el sensor de detección de luz es capaz de detectar un patrón producido por la escala de códigos superpuesta al sensor de detección de luz, y en donde el sensor de detección de luz incluye una matriz bidimensional de elementos de detección de luz que tienen dimensiones n por m, donde n y m son ambos números enteros mayores que 4.

El documento US2007/241943 describe un aparato de codificación óptico basado en reflexión para la detección de posición y/o movimiento de un dispositivo mecánico que incluye un medio de codificación que tiene al menos una primera parte reflectante y una alojamiento de codificador que tiene una fuente emisora de luz y un sensor de detección de luz integrado dentro de. El alojamiento de codificador está situada cerca del medio de codificación de manera que se pueda establecer una trayectoria de luz funcional desde la fuente emisora de luz hasta el sensor de detección de luz a través de la primera parte reflectante del medio de codificación.

El documento WO91/19163 describe un detector de reflexión óptica para leer caracteres ópticamente legibles, tales como una escala de barras, en la superficie de un cuerpo, estando el detector de reflexión y el cuerpo en movimiento mutuo. El detector de reflexión comprende una fuente de luz, un receptor de luz formado por dos detectores de luz sucesivos en la dirección de dicho movimiento mutuo y un sistema óptico para dirigir la luz producida por la fuente de luz hacia la superficie del cuerpo y para dirigir la luz reflejada desde la superficie del cuerpo al receptor de luz, respectivamente. Para proporcionar un detector que tenga una construcción simple y, especialmente, que no sea sensible a las faltas de homogeneidad de la escala de barras, el sistema óptico del detector de reflexión comprende una lente cilíndrica, cuya dirección axial corresponde a la dirección de las barras de la escala de barras.

El documento EP3150968 describe un sensor optoelectrónico, en particular para detectar un ángulo de giro. El sensor optoelectrónico comprende un emisor de luz que emite luz transmitida en una dirección de luz transmitida y tiene un primer eje de luz, un modulador que modula la luz transmitida y la refleja como una luz trasera y tiene un segundo eje de luz, y un receptor de luz que recibe la luz trasera y un tercer eje de luz, estando dispuesto el modulador de forma giratoria con respecto al emisor de luz y al receptor de luz. El emisor de luz y el receptor de luz están dispuestos frente al modulador, y entre el modulador y los dos transmisores de luz y receptores de luz está dispuesta una lente de campo con un eje óptico, y la lente de campo está dispuesta de tal manera que el eje óptico en una misma distancia (A) a cada uno del primer y tercer eje de luz.

El documento JP2018072184 describe un codificador que incluye: una escala óptica; una parte de fuente de luz para emitir luz sobre la escala óptica; una parte de recepción de luz para recibir la luz procedente de la escala óptica; una lente que tiene una parte dispuesta entre la escala óptica y la parte de fuente de luz; y un miembro translúcido transmisor de luz que tiene una parte dispuesta entre la parte de fuente de luz y la lente, teniendo el miembro translúcido un índice de refracción que es mayor y menor que el cuadrado del índice de refracción de la

La presente invención se refiere a un aparato codificador óptico mejorado.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un aparato codificador que comprende una escala reflectante y una cabeza lectora, comprendiendo la cabeza lectora al menos un elemento emisor de luz, al menos un sensor y al menos un dispositivo óptico que comprende una lente, que junto con la escala forma un sistema óptico en el que la lente forma una imagen de una región iluminada de la escala reflectante sobre el sensor, en el que el elemento emisor de luz está situado en el espacio entre el sensor y la lente y está posicionado de manera que esté desplazado del eje óptico de la lente, y en el que la trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, pasa a través de la lente en su camino hacia y después de la reflexión desde la escala, y comprende una trayectoria óptica no reflejada entre el elemento emisor de luz y la lente y una trayectoria óptica no reflejada entre la lente y el sensor, caracterizado porque el sensor (20) está inclinado de manera que su plano de detección no es perpendicular al eje óptico de la lente.

Preferiblemente, la trayectoria óptica de la luz entre el elemento emisor de luz y la escala es directa/no reflejada y la trayectoria óptica de la luz entre la escala y hacia el sensor también es directa/no reflejada.

Para realizaciones en las que la cabeza lectora comprende una carcasa/alojamiento y una ventana a través de la cual sale la luz (desde el elemento emisor de luz) y la luz (reflejada por la escala) entra en la cabeza lectora (en otras palabras, sale y entra en la carcasa/alojamiento), preferiblemente toda la trayectoria óptica dentro de la cabeza lectora (o dentro de la carcasa/alojamiento) es directa/no reflejada.

La presente invención permite una cabeza lectora particularmente compacta para un dispositivo óptico de medición de posición absoluta. Por ejemplo, configurar la cabeza lectora de modo que la luz emitida desde el elemento emisor de luz pase a través del mismo dispositivo óptico en las trayectorias de ida y vuelta puede reducir el número de componentes ópticos necesarios. Además, garantizar una trayectoria óptica directa/no reflejada entre el elemento emisor de luz y el dispositivo óptico y una trayectoria óptica directa/no reflejada entre el dispositivo óptico y el sensor, significa que los componentes ópticos reflectantes (tales como espejos y/o divisores de haz) son no necesarios (por ejemplo, la cabeza lectora puede carecer de un componente óptico reflectante en su trayectoria óptica). En consecuencia, se puede reducir aún más el número de componentes ópticos en la cabeza lectora y se puede mejorar la compacidad de la cabeza lectora y reducir la complejidad.

El elemento emisor de luz puede estar situado sustancialmente en el plano focal de la lente, de manera que la luz emitida por el mismo sea colimada por la lente. Por ejemplo, preferiblemente, el elemento emisor de luz está situado a no más de 500 gm (micras) del plano focal de la lente, más preferiblemente a no más de 250 gm (micras) del plano focal de la lente, de manera especialmente preferida a no más de 100 gm (micras) del plano focal de la lente.

Opcionalmente, la luz reflejada por la escala y reflejada en el sensor por la lente converge hacia un punto a una distancia particular entre la lente y el sensor. Además, el elemento emisor de luz podría estar situado aproximadamente a dicha distancia particular entre la lente y el sensor.

Opcionalmente, la relación de: i) la distancia entre el centro de la superficie de emisión del elemento emisor de luz (o punto de emisión) al plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano del sensor, y ii) la distancia entre el centro de la superficie de emisión del elemento emisor de luz (o punto de emisión) con respecto a la lente, en la dirección perpendicular al plano del sensor, no es inferior a 35:65, por ejemplo no es inferior a 40:60, opcionalmente no es inferior a 50:50, preferiblemente no es menos de 60:40 y, por ejemplo, no es menos de 65:35.

Como se mencionó anteriormente, el elemento emisor de luz está colocado de manera que esté desviado del eje óptico de la lente. Por ejemplo, el elemento emisor de luz podría estar desplazado (por ejemplo, medido desde el centro de la zona de emisión de la fuente de luz) en no más de 1 mm, por ejemplo no más de 750 gm, por ejemplo no más de 500 gm, desde el eje óptico de la lente. Opcionalmente, la relación entre el desplazamiento y la distancia focal de la lente no es superior a 1:2,5, por ejemplo no es superior a 0,5:2,5.

Opcionalmente, la dirección de la trayectoria óptica cuando incide y/o se refleja en la escala no es perpendicular a la escala. Por ejemplo, el ángulo entre una línea que se extiende perpendicular a la escala (en la región iluminada) y la dirección de la trayectoria óptica cuando incide (y/o se refleja en) la escala no es inferior a 1 ° (grados), por ejemplo no es inferior a 2°, por ejemplo no es inferior a 5°, y opcionalmente no es superior a 20°, por ejemplo no es superior a 15°. En otras palabras, opcionalmente hay un ángulo entre las direcciones de incidencia y reflexión (es decir, mayor que 0°) de la luz que incide y se refleja desde la escala, por ejemplo un ángulo de al menos 2°, y por ejemplo al menos 4°, opcionalmente al menos 10°, y por ejemplo no más de 40°, por ejemplo no más de 30°.

En consecuencia, opcionalmente, la forma de la trayectoria óptica cuando incide y/o se refleja en la escala tiene forma de V. Opcionalmente, la trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, tiene sustancialmente forma de diamante/rombo.

Las trayectorias ópticas a través de la lente en el camino hacia y después de la reflexión de la escala podrían desplazarse lateralmente. En consecuencia, por ejemplo, para cualquier rayo dado a través del sistema óptico, el punto en el que sale de la lente hacia la escala y el punto en el que vuelve a entrar en la lente después de haber sido reflejado en la escala es diferente/desplazado lateralmente. Como se entenderá, las trayectorias ópticas (por ejemplo, el haz óptico) en el camino hacia y después de la reflexión desde la escala podrían superponerse (por ejemplo, parcialmente y opcionalmente sustancialmente, pero no completamente).

Opcionalmente, el elemento emisor de luz y el sensor están orientados hacia la lente y la escala. El elemento emisor de luz y el sensor podrían estar ambos orientados en la misma dirección. En otras palabras, el elemento emisor de luz y el sensor se podrían montar en la cabeza lectora, de manera que el plano del sensor sea sustancialmente paralelo a la superficie de emisión del elemento emisor de luz.

Opcionalmente, el sensor y la imagen de la escala formada por la lente se encuentran detrás (por ejemplo, directamente detrás) del elemento emisor de luz. Opcionalmente, el elemento emisor de luz está situado de manera que los rayos del elemento emisor de luz reflejados por la escala convergen en un punto para evitar el elemento emisor de luz en la trayectoria de retorno, y posteriormente divergen y forman dicha imagen de la escala en el sensor (detrás de la fuente de luz).

Como se entenderá, una imagen de la escala se forma cuando los rayos de luz desde cualquier punto dado de la escala convergen sustancialmente hacia un punto común y único en un plano de la imagen (donde está situado el sensor). (El punto es "único" en el sentido de que para un punto dado diferente en la escala, los rayos desde ese punto convergerán sustancialmente en un punto común diferente). La imagen podría ser una imagen filtrada espacialmente.

Se puede proporcionar una pluralidad de elementos emisores de luz. En tal caso, la pluralidad de elementos emisores de luz se proporcionan preferiblemente juntos para actuar como una única fuente de luz. Opcionalmente, la cabeza lectora comprende solo un elemento emisor de luz.

Opcionalmente, el elemento emisor de luz comprende un diodo semiconductor "sin tapa", "sin empaquetar" o "sin lente", por ejemplo un diodo semiconductor sin encapsular. El elemento emisor de luz podría comprender, por ejemplo, un diodo emisor de luz (LED) o un láser (por ejemplo, un láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL)).

El al menos un sensor puede comprender una pluralidad de elementos sensores (por ejemplo, fotodiodos). Por ejemplo, la cabeza lectora podría comprender una serie de elementos sensores. La matriz podría ser unidimensional o bidimensional.

Las referencias del presente documento a "luz" se refieren a radiación electromagnética (REM) en cualquier lugar desde el rango ultravioleta hasta el infrarrojo. Por ejemplo, la luz podría ser luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja o una combinación de las mismas.

Como se mencionó anteriormente, el dispositivo óptico comprende una lente, por ejemplo una lente singlete. Opcionalmente, el dispositivo óptico comprende un elemento óptico difractante, tal como una placa de zona de Fresnel. Opcionalmente, el dispositivo óptico comprende un elemento óptico holográfico, por ejemplo un holograma de una lente.

La escala puede comprender una serie de características que el sensor puede detectar para determinar el movimiento/posición relativa de la escala y la cabeza lectora. Tales características pueden estar dispuestas periódica o aperiódicamente. Como se comprenderá, hay muchas formas adecuadas de definir las características en una escala. Por ejemplo, las características pueden definirse mediante marcas que tengan propiedades de radiación electromagnética (REM) particulares, por ejemplo propiedades ópticas particulares, por ejemplo mediante la transmisividad o reflectividad óptica particulares de partes de la escala. En consecuencia, una característica se podría definir, por ejemplo, mediante partes de la escala que tengan un valor mínimo de reflectividad o transmisividad. Opcionalmente, una característica se podría definir, por ejemplo, mediante partes de la escala que tengan un valor máximo de reflectividad o transmisividad. Opcionalmente, una característica se podría definir, por ejemplo, por la forma (por ejemplo, dirección) en la que refleja la luz (por ejemplo, hacia y alejándose de la cabeza lectora). Las características pueden adoptar la forma de líneas, puntos u otras configuraciones que el sensor puede detectar. Las configuraciones preferidas para escalas unidimensionales pueden comprender líneas que se extienden a lo largo de toda la anchura de una pista en una dimensión perpendicular a la dimensión de medición.

El aparato codificador podría ser un aparato codificador incremental. Por consiguiente, la escala podría comprender una escala incremental. El aparato codificador incremental podría comprender una o más marcas de referencia para definir una o más posiciones de referencia. Opcionalmente, el aparato codificador es un aparato codificador absoluto. Como se entenderá, a diferencia de un codificador incremental, un aparato codificador absoluto puede determinar la posición absoluta de la cabeza lectora con respecto a la escala sin requerir el movimiento relativo de la cabeza lectora y de la escala. Un codificador absoluto comprende una escala absoluta que comprende características que definen una serie de posiciones únicas a lo largo de su longitud. La serie de posiciones absolutas únicas se puede definir mediante características en una pluralidad de pistas, por ejemplo una pluralidad de pistas adyacentes. Opcionalmente, la serie de posición absoluta única se puede definir mediante características contenidas en una sola pista. Por ejemplo, la información de posición absoluta se puede determinar a partir de la combinación de características tomadas a lo largo de la longitud de medición de la escala. En consecuencia, el aparato codificador se podría configurar para extraer información de posición absoluta de la imagen obtenida por el sensor. Dicha extracción se podría realizar mediante la cabeza lectora o mediante un dispositivo externo a la cabeza lectora.

Opcionalmente, la cabeza lectora está configurada para leer la escala obteniendo al menos una instantánea discreta de la escala (es decir, una imagen instantánea). Esto puede ser en lugar de, por ejemplo, una fase de medición y contaje continuo. En consecuencia, se puede obtener una imagen de la escala tomando una instantánea discreta de la escala con la cabeza lectora. La instantánea se podría tomar en un instante en el tiempo o construirse tomando una rápida sucesión de lecturas más pequeñas de secciones consecutivas de la escala. La lectura instantánea de una escala puede proporcionar una serie de ventajas. Por ejemplo, la velocidad operativa máxima del lector de escala en relación con la escala puede ser mayor ya que no está limitada por los límites de frecuencia inherentes del sistema de contaje y medición de fase continua. Además, en los sistemas ópticos que toman instantáneas, el elemento emisor de luz solo tiene que estar encendido durante un corto período de tiempo, lo que permite aumentar la intensidad de la luz en relación con un sistema continuo sin aumentar el consumo medio de energía ni limitar la vida útil de la fuente. Este aumento de la intensidad de la luz puede significar que el sensor puede capturar más fotones, reduciendo así el ruido de fondo del sistema y generando menos ruido de posición.

El sensor se podría montar en una placa de circuito impreso (PCB). El elemento emisor de luz se puede conectar eléctricamente a la misma PCB que el sensor. El elemento emisor de luz se podría montar físicamente (en la cabeza lectora (por ejemplo, en la PCB)) mediante un miembro de soporte que mantiene el elemento emisor de luz alejado de la placa para proporcionar un espacio entre el elemento emisor de luz y el sensor (por ejemplo, en la dirección perpendicular al plano del sensor). El miembro de soporte se puede configurar para sostener el elemento emisor de luz en el espacio (volumen) entre el sensor y la lente. Por ejemplo, la distancia entre el elemento emisor de luz y el sensor, medida en la dirección perpendicular al plano del sensor, puede ser de al menos 1 mm, por ejemplo de al menos 1,5 mm, por ejemplo de al menos 2 mm. Más particularmente, la distancia entre el centro de la superficie de emisión (o punto de emisión) del elemento emisor de luz hasta el plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano de detección del sensor, puede ser de al menos 1 mm, por ejemplo de al menos 1,5 mm, preferiblemente de al menos 2 mm, por ejemplo de aproximadamente 2,5 mm. Dicha distancia puede estar entre 2 mm y 3 mm, por ejemplo aproximadamente 2,5 mm.

Esta solicitud también describe una cabeza lectora para leer una escala reflectante para determinar su posición relativa, comprendiendo la cabeza lectora un elemento emisor de luz, un sensor y un dispositivo óptico, para iluminar y formar sobre el sensor una imagen de una región de una escala reflectante situada adyacente a la cabeza lectora, y en donde la luz del elemento emisor de luz pasa a través del dispositivo óptico en su camino hacia y después de la reflexión desde la escala, en donde la trayectoria de la luz entre el elemento emisor de luz y el dispositivo óptico es directa/no reflejada, y el camino de la luz entre el dispositivo óptico y el sensor es directo/no reflejado. Las características descritas anteriormente en relación con el primer aspecto de la invención son igualmente aplicables a este aspecto de la invención.

Esta solicitud describe además una cabeza lectora para leer una escala reflectante para determinar su posición relativa, comprendiendo la cabeza lectora al menos un elemento emisor de luz, al menos un sensor y al menos un dispositivo óptico (tal como, por ejemplo, una lente). El elemento emisor de luz se podría montar en la cabeza lectora, de manera que el elemento emisor de luz esté situado entre el sensor y el dispositivo óptico (por ejemplo, en la dimensión perpendicular al plano del sensor). Por ejemplo, el elemento emisor de luz podría estar situado en el espacio (o el "volumen") entre el sensor y el dispositivo óptico (por ejemplo, delineado por los bordes/lados exteriores del sensor y del dispositivo óptico). Una configuración de este tipo proporciona una cabeza lectora muy compacta. El dispositivo óptico se podría configurar para formar una imagen de una región iluminada de la escala reflectante en el sensor. Opcionalmente, la trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, podría pasar a través del dispositivo óptico en su camino hacia y después de la reflexión desde la escala. Opcionalmente, la trayectoria óptica del sistema podría comprender una trayectoria óptica no reflejada entre el elemento emisor de luz y el dispositivo óptico. Opcionalmente, la trayectoria óptica del sistema podría comprender una trayectoria óptica no reflejada entre el dispositivo óptico y el sensor. Las características descritas anteriormente en relación con otros aspectos de la invención también son aplicables a este aspecto de la invención.

Este documento describe un aparato codificador que comprende una cabeza lectora para leer una escala reflectante situada adyacente a la cabeza lectora, comprendiendo la cabeza lectora un sensor que comprende uno o más fotodiodos para detectar la luz reflejada desde una escala situada adyacente a la cabeza lectora, y al menos un elemento emisor de luz, en donde el elemento emisor de luz se mantiene alejado del plano de detección del sensor, de modo que la distancia entre el elemento emisor de luz y el sensor, medida en la dirección perpendicular al plano de detección del sensor, sea al menos 1 mm. Este documento describe un aparato codificador que comprende una cabeza lectora para leer una escala reflectante situada adyacente a la cabeza lectora, la cabeza lectora comprende una placa de circuito en la que está montado un sensor que comprende uno o más fotodiodos para detectar la luz reflejada en una escala situada adyacente a la cabeza lectora, y en al menos un elemento emisor de luz, en donde el elemento emisor de luz está montado en la placa de circuito a través de una estructura de soporte del elemento emisor de luz que mantiene el elemento emisor de luz alejado de la placa de circuito y del plano de detección del sensor, de manera que la distancia entre el elemento emisor de luz y el sensor, medid en la dirección perpendicular al plano de detección del sensor, es de al menos 1 mm. Más particularmente, la distancia entre el centro de la superficie de emisión (o punto de emisión) del elemento emisor de luz y el plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano de detección del sensor, puede ser de al menos 1 mm. Dicha distancia puede ser de al menos 1,5 mm, opcionalmente de al menos 2 mm, por ejemplo, de al menos 2,5 mm. Dicha distancia puede estar entre 2 mm y 3 mm, por ejemplo aproximadamente 2,5 mm.

A continuación se describirán las realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La Figura 1 muestra una vista isométrica esquemática de un dispositivo de medición de posición según la presente invención;

La Figura 2 es un diagrama esquemático de los diversos componentes ópticos y electrónicos de la cabeza lectora del dispositivo de medición de posición de la Figura 1;

Las Figuras 3a y 3b muestran diagramas esquemáticos de la disposición óptica del dispositivo de medición de posición de las Figuras 1 y 2;

La Figura 4 muestra una vista en sección transversal de la cabeza lectora de la Figura 1;

La Figura 5 muestra una vista isométrica de la placa de circuito, la fuente de luz, la estructura de soporte de la fuente de luz y el sensor de la cabeza lectora de la Figura 1;

Las Figuras 6a y 6b muestran vistas isométricas frontal y posterior de la estructura de soporte de la fuente de luz;

La Figura 6c muestra una vista en planta superior de la estructura de soporte de la fuente de luz;

Las Figuras 7a y 7b muestran vistas isométricas frontal y posterior de la estructura de soporte para el cable de unión de la fuente de luz;

La Figura 8 muestra una realización alternativa de una cabeza lectora según la presente invención;

Las Figuras 9a y 9b ilustran esquemáticamente vistas en planta de una cabeza lectora según la presente invención en donde la fuente de luz está situada directamente sobre el sensor.

Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra un aparato codificador 2 que comprende una cabeza lectora 4, una escala 6 y un controlador 7. La cabeza lectora 4 y la escala 6 están montadas en un primer y segundo objeto respectivamente (no mostrados) que se pueden mover entre sí. La velocidad del movimiento relativo puede variar, pero en la realización descrita la cabeza lectora 4 y la escala 6 tienen una aceleración relativa máxima conocida.

En la realización descrita, la escala 6 es una escala lineal. Sin embargo, se entenderá que la escala 6 podría ser una escala no lineal, por ejemplo una escala giratoria (por ejemplo, una escala de disco o de anillo). Además, la escala 6 permite la medición solo en una única dimensión. Sin embargo, esto no tiene por qué ser así y, por ejemplo, la escala podría permitir la medición en dos dimensiones.

En la realización descrita, la escala 6 es una escala absoluta y comprende una serie de líneas reflectantes 8 y no reflectantes 10 dispuestas para codificar datos de posición únicos a lo largo de su longitud. Los datos pueden tener la forma de, por ejemplo, una secuencia pseudoaleatoria o palabras de código discretas. En otras realizaciones, la escala podría ser una escala incremental (con o sin una marca de referencia).

La anchura de las líneas depende de la resolución posicional requerida y típicamente está en el rango de 1 pm a 100 pm, y más típicamente en el rango de 5 pm a 50 pm, por ejemplo en el rango de 10 pm a 30 pm. En la realización descrita, la anchura de las líneas es del orden de 15 pm. Las líneas reflectantes 8 y no reflectantes 10 generalmente están dispuestas de manera alternativa en un período predeterminado. Sin embargo, faltan líneas no reflectantes 10 seleccionadas en la escala 6 para codificar datos de posición absoluta en la escala 6. Por ejemplo, la presencia de una línea no reflectante se puede utilizar para representar un bit "1" y la ausencia de una línea no reflectante puede representar un bit "0".

Como se ilustra en la Figura 2, la cabeza lectora 4 comprende un elemento/fuente emisora de luz 12, un dispositivo óptico 18, un sensor 20 y una ventana 22. En esta realización, el elemento/fuente emisora de luz 12 comprende un diodo emisor de luz (LED). Además, en esta realización el dispositivo óptico comprende una lente 18, pero podrían utilizarse otros dispositivos ópticos. Por ejemplo, se podría utilizar un elemento óptico difractante, tal como una placa de zona de Fresnel, y/o un elemento óptico holográfico, por ejemplo un holograma de una lente. En esta realización, el sensor 20 comprende un sensor semiconductor complementario de óxido metálico ("CMOS"). Como se entenderá, se podrían utilizar otros sensores de imagen en lugar de un sensor CMOS. Por ejemplo, en su lugar se podría utilizar un CCD o una matriz de fotodiodos.

La cabeza lectora 4 también comprende una CPU 24, un dispositivo de memoria 25 (por ejemplo, memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) o una memoria flash) y una interfaz 26. La cabeza lectora 4 también puede incluir un convertidor analógico a digital para digitalizar los datos de imagen del sensor 20. Opcionalmente, la conversión de analógico a digital se podría realizar dentro del sensor 20 o de la CPU 24.

La luz emitida por el LED 12 es colimada por el dispositivo óptico 18, después pasa a través de la ventana 22 e incide sobre la escala 6. La escala 6 refleja la luz de regreso a través de la ventana 22 que pasa a través de la lente 18 que a su vez forma una imagen en dos dimensiones de la escala en el sensor 20 utilizando la luz reflejada por la escala. En consecuencia, el sensor 20 detecta una imagen bidimensional de una parte de la escala 6 iluminada por el LED 12. El sensor podría comprender una matriz de píxeles de una o dos dimensiones. Por ejemplo, el sensor podría comprender una matriz unidimensional de 256 píxeles alargados, cuyas longitudes se extienden paralelas a las longitudes de las líneas reflectantes 8 y no reflectantes 10 en la escala. En lugar de la disposición de visualización bidimensional descrita, se podría utilizar una disposición de visualización unidimensional, en la que la lente del sensor forma una imagen unidimensional de la escala.

El LED 12 está conectado a la CPU 24, de manera que el LED 12 puede ser operado según demanda por la CPU 24. El sensor 20 está conectado a la CPU 24 de manera que la CPU 24 puede recibir una imagen de la intensidad de la luz que incide a través del sensor de imagen 20. El sensor 20 también está conectado directamente a la CPU 24, de manera que el sensor 20 puede ser operado para tomar una instantánea de la intensidad que incide a través de él a demanda de la CPU 24. La CPU 24 está conectada a la memoria 25 de modo que puede almacenar y recuperar datos para utilizarlos en su procesamiento. La interfaz 26 está conectada a la CPU 24 para que la CPU 24 pueda recibir demandas y enviar resultados a un dispositivo externo tal como un controlador 7 (mostrado en la Figura 1) a través de la línea 40. La línea 40 también comprende líneas eléctricas a través de las cuales la cabeza lectora 4 es alimentada.

Como se entenderá, los datos de posición absoluta podrían codificarse en la escala 6 faltando líneas reflectantes 8, así como, o en lugar de, faltando líneas no reflectantes 10. Además, los datos de posición absoluta se podrían insertar en la escala 6 sin la adición o eliminación de líneas reflectantes 8 o no reflectantes 10. Por ejemplo, la anchura de las líneas, la distancia entre ellas o su color se podrían modificar para insertar los datos de posición absoluta en la escala 6. Además, en lugar de la escala definiendo la posición absoluta mediante las combinaciones únicas de características tomadas a lo largo de la longitud de medición de la escala, la escala podría tener características que definen la posición absoluta mediante la combinación única de características tomadas a lo largo de la anchura de la escala. Por ejemplo, la escala podría comprender una pluralidad de "códigos de barras" cuya longitud se extienda a lo largo de la escala, por ejemplo sustancialmente perpendicular a la longitud de medición de la escala. Opcionalmente, la escala podría comprender una pluralidad de pistas, en las que al menos una, opcionalmente al menos dos y posiblemente todas estas pistas podrían comprender una pluralidad de características separadas regularmente (es decir, las pistas podrían comprender esencialmente características de escala incrementales de diferentes frecuencias fundamentales) en donde el período de escala de las pistas difiere entre sí, de modo que la combinación de características a través de la anchura de la escala es única en cualquier punto a lo largo de la longitud de medición de la escala.

Se puede utilizar una serie de grupos de marcas para codificar una serie de palabras de código binarias únicas a lo largo de la longitud de la escala que definen información de posición única, es decir, absoluta, al tiempo que se sigue teniendo suficiente información para permitir que se extraiga información de fase de la serie de marcas para permitir determinar información de posición fina (por ejemplo, información de posición con una resolución más fina que el período de las marcas de escala). En consecuencia, en tales sistemas, la información de posición se puede componer a partir de una posición absoluta aproximada (determinada a partir de la palabra clave extraída de la imagen), así como de una posición fina (determinada observando el desplazamiento de fase de las marcas sustancialmente periódicas). Se describen más detalles de la denominada escala híbrida incremental y absoluta en la solicitud de patente internacional n° PCT/GB2002/001629 (publicación n° WO 2002/084223), cuyo contenido se incorpora a esta memoria mediante esta referencia.

En una realización alternativa, la escala podría comprender una pista absoluta que comprenda características que definan información de posición absoluta y una pista incremental separada que comprenda características separadas regularmente.

El sistema óptico de la cabeza lectora 4 de las Figuras 1 y 2 se describirá con más detalle haciendo referencia a las Figuras 3a y 3b. Las Figuras 3a y 3b ilustran esquemáticamente el camino que recorre la luz a través del sistema óptico que forma la imagen de la escala 6 en el sensor 20, desde la fuente de luz 12 hasta el sensor 20.

Como se muestra, el dispositivo óptico 18 comprende una lente 18 que tiene un eje óptico OA, una longitud focalFy un plano focalfp.Como se muestra, la fuente de luz puntual 12 está situada sustancialmente en el plano focal 18 de la lentefp,pero ligeramente desplazado del eje óptico OA de la lente 18. Por ejemplo, la fuente de luz 12 está desplazada (medida desde el centro de la zona de emisión de la fuente de luz) en aproximadamente 450 gm, desde el eje óptico OA de la lente 18. En particular, la relación entre el desplazamiento y la distancia focal de la lente es de aproximadamente 0,45:2,5. Ubicar la fuente de luz 12 sustancialmente en el plano focal 18 de la lente ayuda a garantizar que la luz emitida desde la misma sea colimada sustancialmente por la lente 18 cuando es dirigida hacia la escala 6. En consecuencia, la luz reflejada por la escala 6 es entonces enfocada por la lente 18 a un punto en el plano focalfpde la lente 18 antes de divergir y formar una imagen bidimensional de la escala 6 en el sensor 20 detrás de la fuente de luz 12. Como se entenderá, se formará una imagen de la fuente de luz 12 en el plano focalfp.La localización de la fuente de luz 12 en el plano focalfpde la lente 18, pero desplazada del eje óptico OA de la lente 18, significa que la fuente de luz 12 se puede ubicar en el espacio (o "volumen") entre el sensor 20 y la lente 18 (ilustrado por el área sombreada que se muestra en la Figura 3b), ayudando a que la cabeza lectora sea compacta, pero no interfiera con la luz reflejada por la escala en su trayectoria de regreso al sensor 20.

Como se muestra, tanto la fuente de luz 12 como el sensor 20 miran hacia la lente 18 (y la ventana 22 y la escala 6). (En otras palabras, la superficie de emisión de la fuente de luz 12 y la superficie de detección del sensor 20 están orientadas hacia la lente 18). Además, hay un camino óptico no reflejado (en otras palabras "directo") entre la fuente de luz 12 y la lente 18, y también una trayectoria óptica no reflejada (en otras palabras "directa") entre la lente 18 y el sensor 20. Por lo tanto, se necesitan o utilizan componentes ópticos reflectantes para girar o dirigir la luz. Evitar la utilización de componentes ópticos reflectantes, tales como espejos y divisores de haz, puede ayudar a reducir significativamente el tamaño de la cabeza lectora.

Además, en la realización particular descrita, se utiliza el mismo dispositivo óptico/lente 18 para colimar la luz de la fuente de luz 12 y para formar una imagen de la escala 6 en el sensor. Por consiguiente, la disposición óptica de la cabeza lectora 4 descrita solo utiliza un dispositivo óptico/lente 18 y, por lo tanto, es particularmente compacta y económica. En la realización descrita, la lente 18 es una lente singlete, pero podría ser un tipo diferente de lente (por ejemplo, una lente doblete, una lente compuesta o una lente de índice de gradiente (GRIN). Como se entenderá, el dispositivo óptico no necesita ser necesariamente una lente, pero podría ser otro tipo de dispositivo óptico tal como una placa de zona de Fresnel o un elemento óptico holográfico (HOE), por ejemplo un holograma de una lente.

Como se ilustra en la Figura 3a, la fuente de luz está mucho más cerca de la lente 18 que del sensor 20. Tal configuración se aparta de un diseño de codificador tradicional donde la fuente de luz normalmente estaría montada en la misma placa que el sensor, aproximadamente en el plano con el sensor. Como se muestra en la Figura 3a, en esta realización, la cabeza lectora está configurada de manera que la relación de i) la distancia (D1) entre el centro de la superficie de emisión (o punto de emisión) del elemento emisor de luz y el plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano del sensor, y ii) la distancia (D2) entre el centro de la superficie de emisión del elemento emisor de luz (o punto de emisión) al dispositivo óptico, en la dirección perpendicular al plano del sensor, es aproximadamente de 70:30. En términos absolutos, la distancia entre el centro de la superficie de emisión (o punto de emisión) del elemento emisor de luz y el plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano de detección del sensor, es de aproximadamente 2,5 mm, por ejemplo 2,6 mm.

Como se ilustra esquemáticamente mediante la línea negra gruesa en la Figura 3b, debido a la configuración de la fuente de luz 12, la lente 18 y el sensor 20, la trayectoria óptica desde la fuente al sensor tiene sustancialmente forma de diamante/rombo, y la trayectoria óptica entre la lente 18 y la escala 6 tienen sustancialmente forma de V. En la realización descrita, el ángulo 0 entre una línea que se extiende perpendicular a la escala (la línea de puntos en la Figura 3b) y la dirección de la trayectoria óptica cuando incide en la escala es de aproximadamente 10°.

Como se muestra, el sensor 20 está inclinado, de manera que su superficie/plano de detección no sea perpendicular al eje óptico de la lente. Tal inclinación ayuda a compensar cualquier distorsión trapezoidal en la imagen formada en el sensor, que se forma debido a que la imagen está formada por una parte fuera del eje de la lente 18. En la realización mostrada, el sensor 20 está inclinado, de manera que el ángulo a entre un plano que se extiende paralelo a su superficie de detección (por ejemplo, su plano de detección) y un plano que se extiende perpendicular al eje óptico es de aproximadamente 3°. Sin embargo, este no tiene por qué ser necesariamente el caso, y el sensor podría estar configurado de modo que su superficie de detección se pueda extender perpendicular al eje óptico de la lente (es decir, de modo que el ángulo a sea inferior a 1°). Como se describe con más detalle a continuación, dicha inclinación del sensor 20 se puede obtener montando la PCB 32 (en la que está montado el sensor) en un ángulo inclinado. En consecuencia, cualquier otro componente montado en el sensor 20 o PCB 12, incluida, por ejemplo, la fuente de luz 12, también se puede inclinar por conveniencia mecánica; aunque esto no tiene por qué ser necesariamente así. Como se entenderá, están disponibles otras formas de compensar la distorsión trapezoidal, como por ejemplo dando forma apropiada a los elementos sensores, por ejemplo, " trapezoidal " de los propios elementos sensores.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 4 y 5, ahora se describirá una realización a modo de ejemplo de cómo se puede construir la cabeza lectora para lograr el diseño óptico descrito anteriormente.

Como se muestra en la Figura 4, la cabeza lectora 4 comprende un cuerpo 30 en el que se montan la lente 18, la ventana 22 y una placa de circuito impreso (PCB) 32 (por ejemplo, mediante pegado, medios mecánicos y/o de fricción). El sensor 20, el LED 12 y otros componentes electrónicos (tales como la CPU 24, la memoria 25 y la interfaz 26 antes mencionadas, que no se muestran en las Figuras 4 o 5) están montados mecánica y eléctricamente en la PCB 32.

Como se ilustra, aunque el LED 12 está montado en la PCB 32, el LED 12 está montado en la placa de circuito "fuera de placa", en el sentido de que está montado en la PCB 32, pero está montado a través de una estructura de soporte elevada 34 que mantiene el LED 12 alejado de la PCB 32. En particular, la estructura de soporte 34 se extiende más allá del sensor 20 para mantener el LED 12 más alejado de la PCB 32 que el sensor 20.

En consecuencia, como se muestra, el sensor 20 está montado relativamente cerca de la PCB 32 mientras que el LED 12 está montado relativamente lejos de la PCB 32. Como se ilustra en la Figura 4, el LED 12 está mucho más cerca de la lente 18 que la PCB 32, mientras que el sensor 20 está mucho más cerca de la PCB 32 que la lente 18. En consecuencia, como se muestra, el elemento emisor de luz y el sensor están separados en la dimensión que se extiende perpendicular al plano del sensor/placa de circuito. En particular, en la dimensión que se extiende perpendicular al plano del sensor/placa de circuito, hay un espacio (libre) entre el elemento emisor de luz y el sensor. En este ejemplo, la relación de: i) la distancia entre la superficie de emisión del LED 12 (o punto de emisión) y el plano de detección del sensor 20, en la dirección paralela al eje óptico OA del miembro de formación de imágenes; y ii) la distancia entre la superficie de emisión (o punto de emisión) del LED 12 y la lente 18, en la dirección paralela al eje óptico OA del miembro de formación de imágenes, es de aproximadamente 70:30.

En la realización descrita, la estructura de soporte 34 mencionada anteriormente también forma/proporciona la conexión eléctrica entre el LED 12 y la PCB 32. Por consiguiente, en la realización descrita la estructura de soporte 34 para mantener el LED 12 alejado de la PCB 32 es el cátodo 34 entre el LED 12 y la PCB 32. En consecuencia, el cátodo 34 comprende una estructura de soporte rígida, eléctricamente conductora para el LED 12, que está elevada desde la PCB 32. Como se muestra en las Figuras 4 y 5, la estructura de soporte/ cátodo 34 comprende una abertura/ventana 35 a través de la cual puede pasar la luz reflejada por la escala 6 para alcanzar el sensor 20.

En esta realización, el ánodo 36 también comprende una estructura rígida, eléctricamente conductora que se eleva desde la PCB 32 y que está unida por cable al LED 12 a través de un cable de unión 38 como se muestra en las Figuras 4 y 5. En otras palabras, la cabeza lectora comprende una estructura de soporte de cable de unión elevada que se extiende desde la PCB 32, y en la que un cable de unión 38 se extiende entre ésta y el elemento emisor de luz 12. Aunque no es necesario en esta realización debido a la forma y tamaño del ánodo, en otras realizaciones, el ánodo 36 también podría tener una abertura/ventana a través de la cual la luz emitida desde el LED 12 puede pasar hacia la lente 18/escala 6 y a través de la cual la luz reflejada por la escala 6 puede pasar para alcanzar el sensor 20.

Como se entenderá, se podría omitir la estructura rígida del ánodo 36, y el LED 12 se podría unir mediante un cable de unión que se extiende entre el LED 12 y la PCB 32. Sin embargo, puede ser beneficioso reducir la longitud del cable de unión tanto como sea posible porque los cables de conexión pueden ser frágiles y cuanto más largo sea el cable de conexión, más probabilidades habrá de que se rompa.

En esta realización particular, la estructura de soporte/cátodo 34 del LED y la estructura de soporte/ánodo 36 del cable de unión comprenden cada una una parte de material laminar, cada una de las cuales ha sido doblada para proporcionar un marco tridimensional y ha sido soldada a la PCB 32. En la realización particular descrita, el cátodo 34 es de latón y el ánodo es de latón, bañado en níquel-oro. Como se indica en las Figuras 6 y 7, se han grabado químicamente líneas de plegado 37 en el material laminar para facilitar el plegado. Una vez plegadas, cada una de las estructuras de soporte 34, 36 comprende una superficie superior 31 y una pluralidad de soportes laterales (o "patas") 33 que están soldados a la PCB 32. Como se entenderá, la estructura de soporte/cátodo 34 podría ser formada de otras maneras, por ejemplo podría mecanizarse/cortarse para darle forma y/o estamparse/prensarse para darle forma. El LED 12 sin encapsular se monta directamente sobre la estructura de soporte/cátodo 34 mediante epoxi conductor y la unión de cables se extiende entre el LED 12 y la superficie superior 31 del ánodo 36.

Como se ilustra en la Figura 6c, la superficie superior 31 de la estructura de soporte 34 del LED se extiende sobre/cubre parcialmente el sensor 20 (cuyo contorno se ilustra esquemáticamente en la Figura 6c mediante la línea de trazos). En otras palabras, una línea que se extiende a través y perpendicular al plano del sensor 20 (y la PCB 32) también pasa a través de la superficie superior 31 de la estructura de soporte 34 del LED. Tal configuración permite que el LED 12 se coloque muy cerca de, y si se desea, encima, el sensor 20.

La cabeza lectora 4 se ensambla por cálculo con la lente 18 dentro del cuerpo 30 de la cabeza lectora 4, y se engarza el cuerpo 30 para mantener la lente 18 en su lugar (aunque se pueden utilizar otras formas de asegurar la lente 18 al cuerpo, tal como mediante epoxi y/o empujando la lente 18 en las flexiones que sujetan la lente). La PCB 32 que comprende el LED 12 ya montado en ella, se monta después en el cuerpo 30, por ejemplo mediante una placa de circuito impreso mediante pegado y/o medios mecánicos tales como el engarzado. Si se desea, se puede utilizar un proceso de alineación para alinear la PCB (y por lo tanto el sensor y el LED que contiene) con respecto a la lente. Tal proceso de alineación podría comprender utilizar una cámara para observar la posición de la PCB/componentes de la misma y realizar ajustes basados en la salida de la cámara, y/o conectarse a la PCB/componentes de la misma y utilizar la salida del sensor para hacer ajustes. Una vez ensamblada, se fija una tapa 46 al cuerpo 30, por ejemplo mediante mediante pegado, engarzado y/o soldadura.

En la realización descrita anteriormente, la estructura de soporte de cable de unión 34 también forma el cátodo, pero como se entenderá, este no tiene por qué ser necesariamente el caso, y la estructura de soporte 34 podría en su lugar, por ejemplo, formar el ánodo.

En la realización descrita, el LED 12 está montado mecánicamente en la PCB 32 mediante un electrodo 34, pero como se entenderá, este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Por ejemplo, el LED 12 se podría montar mecánicamente directamente en la PCB 32 mediante uno o más miembros no conductores de electricidad, y conectarse eléctricamente a la PCB 32 mediante miembros separados, por ejemplo uno o más cables (por ejemplo, mediante unión de cables). Además, no es necesario montar el LED 12 directamente en la PCB 32. Por ejemplo, el LED 12 se podría montar mecánicamente directamente en el cuerpo 30 y conectarse eléctricamente a la PCB 32 mediante uno o más cables (por ejemplo, mediante unión de cables). En otra realización, el LED 12 se podría conectar eléctricamente a una PCB diferente (es decir, no a la misma PCB 32 a la que está conectado el sensor).

La Figura 8 ilustra una cabeza lectora 4' según otra realización de la invención. La cabeza lectora 4' de la Figura 8 comparte muchas partes que son iguales a las de la realización de las Figuras 1 a 7 y las partes similares comparten números de referencia similares. En la realización de la Figura 8, el LED 12 está montado en la placa de circuito a través del sensor 20, por medio de una estructura de soporte transparente 50 (por ejemplo, un bloque de vidrio 50). En particular, el bloque de vidrio 50 está fijado al sensor 20 mediante adhesivo epoxi. Después, el LED 12 se asienta sobre una almohadilla conductora 52 que se ha depositado en el lado del bloque de vidrio 50 que mira hacia la lente 18 y que está distal respecto al sensor 20. El LED 12 está conectado eléctricamente a la placa de circuito 32 a través de un ánodo 36' y el cátodo 34' que en esta realización comprenden cada uno estructuras de soporte de cable de unión elevadas que se extienden desde la PCB 32, y cables de unión que se extienden entre ellas y el LED 12/almohadilla conductora 52. Como se entenderá, en variaciones de esta realización, el LED 12 se podría conectar a la placa de circuito de otras maneras, por ejemplo, a través de un ánodo y un cátodo que se depositan sobre y discurren a lo largo de la superficie/lado del bloque de vidrio 50, o incluso a través de un ánodo y un cátodo que discurren a través del bloque de vidrio 50.

Como se describió anteriormente, la estructura de soporte 34 del elemento emisor de luz y/o el elemento emisor de luz 12 se pueden sujetar directamente sobre el sensor 20, de manera que una línea que se extiende perpendicular al plano de la placa de circuito/sensor pasa a través de la estructura de soporte del elemento emisor de luz 34 y el sensor 20 y/o a través del elemento emisor de luz 12 y del sensor 20. Como se entenderá, y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 9, el sensor 20 podría comprender al menos uno, y por ejemplo una serie de, elementos fotosensibles 21, así como otros subcomponentes y empaquetados que conforman el sensor 20. En otras palabras, el sensor 20 podría ser un chip o componente que comprenda al menos uno, y por ejemplo una serie de, elementos fotosensibles 21. Para Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 9a, el elemento emisor de luz 12 se puede ubicar directamente sobre el chip sensor 20 de manera que no se asiente directamente sobre los elementos fotosensibles 21. Alternativamente, como se ilustra en la Figura 9b, el elemento emisor de luz El elemento 12 puede ubicarse directamente sobre el chip sensor 20, de manera que el elemento emisor de luz 12 se asiente directamente sobre los elementos fotosensibles 21, por ejemplo, de modo que una línea que se extiende perpendicular al plano de la placa de circuito/sensor (es decir, paralela al eje Y) pasa a través tanto del elemento emisor de luz 12 como de los elementos fotosensibles 21.

En las realizaciones mostradas, el LED 12 está montado "fuera de la placa" por la estructura de soporte 34. Si bien esto puede ser beneficioso (por ejemplo, para colocar el LED 12 en el plano focal de la lente 18, para lograr la colimación, mientras se permite que el sensor 20 capture una imagen de la escala), este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Por ejemplo, el LED 12 se podría montar en la PCB 32, de manera que quede sustancialmente en el plano con el sensor 20 (en otras palabras, sustancialmente a la misma altura que el sensor 20).

En las realizaciones mostradas, la luz que incide sobre la escala está colimada, pero este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Además, incluso si la luz que incide sobre la escala está colimada, la luz reflejada por la escala no necesita necesariamente estar colimada. Por ejemplo, si la escala está curvada, por ejemplo si la escala es una escala anular, entonces la luz reflejada por la escala no estará colimada.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato codificador (2) que comprende una escala reflectante (6) y una cabeza lectora (4), comprendiendo la cabeza lectora al menos un elemento emisor de luz (12), al menos un sensor (20) y al menos un dispositivo óptico que comprende una lente (18), que junto con la escala forman un sistema óptico en el que la lente forma una imagen de una región iluminada de la escala reflectante sobre el sensor, en el que el elemento emisor de luz está situado en el espacio entre el sensor y la lente y está colocado de manera que está desplazado del eje óptico de la lente, y en el que la trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, pasa a través de la lente en su camino hacia y después de la reflexión desde la escala, y comprende una trayectoria óptica no reflejada entre el elemento emisor de luz y la lente y una trayectoria óptica no reflejada entre la lente y el sensor, caracterizado por que el sensor (20) está inclinado, de manera que su plano de detección no es perpendicular al eje óptico de la lente.

2. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento emisor de luz está situado sustancialmente en el plano focal de la lente, de manera que la luz emitida por el mismo es colimada por la lente.

3. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la luz reflejada por la escala y reflejada en el sensor por la lente converge hacia un punto a una distancia particular entre la lente y el sensor, y en el que el elemento emisor de luz está situado aproximadamente a dicha distancia particular entre la lente y el sensor.

4. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación de i) la distancia entre el centro de la superficie de emisión del elemento emisor de luz y el plano de detección del sensor, en la dirección perpendicular al plano del sensor, y ii) la distancia entre el centro de la superficie de emisión del elemento emisor de luz y la lente, en la dirección perpendicular al plano del sensor, no es inferior a 35:65.

5. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la dirección de la trayectoria óptica cuando incide y/o se refleja en la escala no es perpendicular a la escala.

6. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la trayectoria óptica del sistema, desde el elemento emisor de luz hasta el sensor, tiene sustancialmente forma de diamante.

7. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento emisor de luz y el sensor están ambos orientados hacia la lente y la escala.

8. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor y la imagen de la escala formada por la lente se encuentran detrás del elemento emisor de luz.

9. Un aparato codificador de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la escala comprende una escala absoluta que comprende características que definen una serie de posiciones únicas a lo largo de su longitud, y en el que el aparato está configurado para extraer información de posición absoluta de la imagen obtenida por el sensor.

10. Un aparato codificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor está montado en una placa de circuito impreso (PCB) (32), y en el que el elemento emisor de luz está conectado eléctricamente a la misma PCB que el sensor, pero está montado físicamente en la cabeza lectora mediante un miembro de soporte (34) que mantiene el elemento emisor de luz alejado de la PCB para proporcionar un espacio entre el elemento emisor de luz y el sensor.