[发明专利]角度测量设备和方法

权利要求书

1.一种角度测量设备，包括：

成像单元，该成像单元由多个光敏像素组成；

照明单元，该照明单元用于照亮所述成像单元的至少一部分；

图案构件，该图案构件面向所述成像单元并具有不同光学特性的周期性图案，所述图案构件围绕旋转轴枢轴转动地布置并被设置成由所述照明单元照亮，以将所述图案构件的图像投影到所述成像单元上；以及

角度确定单元，该角度确定单元根据在从所投影的图像产生的波形的相位和相应于参考位置的参考相位值之间的相移，来确定所述图案构件相对于所述成像单元上的所述参考位置的旋转角，其中所述波形由所述光敏像素的测量值构成。

2.如权利要求1所述的角度测量设备，其中所述参考相位值从所述光敏像素的测量值所构成的以前获得的波形来导出。

3.如权利要求1或2所述的角度测量设备，其中至少一个波形由在围绕着所述旋转轴的圆周方向上的光敏像素序列的测量值构成。

4.如权利要求1到3中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述角度确定单元适合于将周期性形状拟合到所述至少一个波形的所述测量值，以获得所述至少一个波形的近似，从而得到所述相移。

5.如权利要求1到3中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述角度确定单元适合于将快速傅立叶变换应用于所述至少一个波形的所述测量值，来获得所述相移。

6.如权利要求1到5中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述测量值相应于不同的灰度值。

7.如权利要求1到6中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述照明单元、图案构件和成像单元之间的距离被选择成使得所述图案构件的投影图像模糊，且不同的灰度值由所述光敏像素获得。

8.如权利要求1到7中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述光敏像素的测量值沿着起源于所述旋转轴的径向线或沿着平行于所述旋转轴的线被平均。

9.如权利要求1到8中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述图案构件位于所述成像单元和所述照明单元之间。

10.如权利要求1到9中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述图案构件的所述周期性图案是相对于所述旋转轴有周期性并在尺度上无变化的图案。

11.如权利要求1到10中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述周期性图案通过对围绕着所述旋转轴的一次旋转在所述图案构件上重复至少两次的基本形状的重复来表示。

12.如权利要求1到11中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述周期性图案被投影在所述成像单元上，以在所述成像单元上形成旋转对称的投影图像。

13.如权利要求1到12中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述图案构件包括用于粗略角度确定的额外的第二周期性图案，所述第二周期性图案通过在所述图案构件上比第一周期性图案重复更少的次数的第二基本形状的重复来表示。

14.如权利要求1到13中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述旋转轴实质上垂直于所述成像单元。

15.如权利要求1到13中的至少一项所述的角度测量设备，其中所述照明单元相对于所述图案构件固定并适合于照亮所述图案构件。

16.一种角度测量方法，包括：

照亮包括多个光敏像素的成像单元的至少一部分；

在所述成像单元上投影面向所述成像单元并具有不同光学特性的周期性图案的图案构件的图像，所述图案构件围绕旋转轴枢轴转动地布置；以及

根据在从所投影的图像产生的波形的相位和相应于参考位置的参考相位值之间的相移，来确定所述图案构件相对于所述成像单元上的所述参考位置的旋转角，其中所述波形由所述光敏像素的测量值构成。

17.如权利要求16所述的角度测量方法，其中所述参考相位值从所述光敏像素的测量值所构成的以前获得的波形来导出。

18.如权利要求16或17所述的角度测量方法，其中至少一个波形由在围绕着所述旋转轴的圆周方向上的光敏像素序列的测量值构成。