一种绝对式编码测角光照系统及其角度编码器技术方案

本发明专利技术提供了一种绝对式编码测角光照系统，包括照明部件、光学度盘和光敏部件；还包括光路折转部件，所述照明部件发出的入射光束经所述光路折转部件至少2次反射后出射，出射光束与所述入射光束始终保持平行并且方向相反；所述出射光束经过光学度盘并将度盘上的刻画以投影的方式成像到所述光敏部件；能够保持光照方向稳定性且利于结构小型化的灵活设计。本发明专利技术还提供一种角度编码器特别是绝对式测角编码器，体积薄且能在较宽温度范围内可靠工作。作。作。

【技术实现步骤摘要】
一种绝对式编码测角光照系统及其角度编码器


[0001]本专利技术属于光电检测
，具体涉及用于一种角度编码器内部的绝对式编码测角光照系统以及应用这种绝对式编码测角光照系统的角度编码器。

技术介绍

[0002]在高科技领域全面发展的今天，光电检测技术和设备的应用在测角领域尤为重要。角度编码器作为一种角度传感器，是高精度测量检测仪器中应用广泛的一个装置。它是一种通过光电转换原理将输出轴上的机械几何转动量转换成脉冲或数字量的传感器。角度编码器具有形式多样、结构简单、精度高、分辨率好、工作可靠、接口数字化等特点，而且其制造加工技术成熟、电路简单、使用容易，再加上其零部件尺寸、重量等各方面的优势，所以在航空航天、军事和民用领域，例如地面指挥仪、经纬仪、雷达、全站仪、交通运输、医疗器械、工业精密制造设备、机械臂、光学测量系统、高精度天线指向控制等领域，都有着深入的应用。
[0003]随着光电检测技术特别是测角
快速发展的需要，对角度编码器自身的精度、频率响应和分辨力要求也越来越高。现有技术中，普遍侧重优化角度编码器精度、频率响应和分辨力，但也带来它的体积、质量和制作成本不同程度的增加，这点限制了角度编码器的推广。2001年中国研制成功了当时体积最小、重量最轻的一种角度编码器，它的厚度是45mm。直到今天它的厚度在性能水平相近的角度编码器中还是属于很薄的，但这已经不能满足现实应用的需要了。因此，研发小型化和轻量化且兼顾测量可靠性和制造成本的角度编码器有迫切的必要性。
[0004]角度编码器中主要的一类是绝对式编码器，它是直接输出数字量的传感器，它的特点是可以直接读出角度坐标的绝对值，没有累积差，电源切除后位置信息不会丢失。
[0005]角度编码器的内部主要构成包括光学度盘、照明部件和光敏部件共同组成的绝对式编码测角光照系统。绝对式编码测角光照系统中光照强度的均匀性和对光学度盘的光照方向的稳定性直接影响整个角度编码器的性能水平的高低，由于角度编码器在测量工作中需要适应各种复杂的工作环境，如果其绝对式编码测角光照系统在受到振动或温度变化干扰时不够稳定，那么角度编码器测量得到的结果也是不可靠的。
[0006]现有的绝对式编码测角光照系统中，照明部件和光敏部件分别布置在光学度盘的两侧，照明部件的出射光线透射过光学度盘后再到达光敏部件。此光学度盘在测量时绕旋转轴运动到不同的位置时，光敏部件接收到的由光学度盘上的刻画投影成像而产生的光信号是不同的，不同的光信号最后被处理转换成不同的电平信号输出，再由处理器换算成测量结果。由于光敏部件所采集的光信号需要有一定的宽度，以及照明部件例如发光二极管发出光束的发散角的特性，为了保证光敏部件接收到的光信号质量，发光二极管到光学度盘刻画面需要有足够的距离，即绝对式编码测角光照系统需要一定的总体光程。也正是这个光程要求限定了角度编码器结构设计上的空间厚度的设定。
[0007]传统设计中基本采用直接透射式的绝对式编码测角光照系统，如图1所示，照明部
件1的照明光束直接经光学度盘2透射后到达光敏部件3。显然这种绝对式编码测角光照系统结构很简单，生产工艺也方便，但是满足这种绝对式编码测角光照系统“足够”光程的角度编码器所必须的厚度显然是最大的。现有技术中为了进一步减小角度编码器的体积，设计了一种“一次反射式”绝对式编码测角光照系统，如图2所示，照明部件1和光敏部件3分别位于光学度盘2的两侧。照明部件1的照明光束到达第一反射面A1，入射光线z0经第一反射面A1反射将光路折转一个90
°
的一次反射折转角度θ1后的出射光线z1到达光学度盘2，之后透射到达光敏部件3。这种绝对式编码测角光照系统使得照明部件1的位置设计更灵活，而且在满足绝对式编码测角光照系统整体光程的情况下，压缩了照明部件与光学度盘的纵向间距，由此有可能把角度编码器的厚度减小一半。但这种绝对式编码测角光照系统实际上是不合理的或者至少是不完善的，因为绝对式编码测角光照系统中加入一个一次反射面，根据光线的一次反射特性，当入射光线z0与第一反射面A1之间的夹角θ0变化时，会带来出射光线z1与入射光线z0的一次反射折转角度θ1较第一反射面A1未变动时产生方2倍的角度变化量，因此当承载第一反射面A1的光学零件受到运动等因素的影响时，光学零件的位置等姿态发生改变导致最终到达光学度盘2的光照方向发生加倍的改变，照明光学度盘的区域位置改变后透射的光信号也产生了变化，使得光敏部件3上接收到的光信号质量下降。绝对式编码测角光照系统的稳定性不可靠，也会导致电路后续处理的困难加大，影响角度编码器测量的准确性，限制了角度编码器的应用范围。如果纯粹为了消除这种绝对式编码测角光照系统的不稳定而在角度编码器的机械结构设计中增加相应措施来稳固单个反射面即第一反射面A1，提高了生产复杂度，甚至也可能导致工艺性能的下降或成本的大幅增加，而且这么做的产出效果并不确定。
[0008]综上所述可知，现有技术中，用于角度编码器的绝对式编码测角光照系统一方面存在限制角度编码器结构进一步小型化的问题，另一方面现有减小绝对式编码测角光照系统整体空间技术方案不合理，并不利于角度编码器测量的可靠性。
[0009]因此，研究开发一种能够利于角度编码器体积小型化、轻薄化同时又具有稳定性的绝对式编码测角光照系统是十分必要的；并且具有这样的绝对式编码测角光照系统的角度编码器在利用光电检测技术的领域中也有着广泛的应用需求。

技术实现思路

[0010]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种绝对式编码测角光照系统，能够灵活的适合角度编码器小型化的结构设计，同时稳定性好不会影响角度编码器的测量可靠性。此外还提供一种包含这种绝对式编码测角光照系统的角度编码器，整体轻薄利于在检测领域中的推广应用。
[0011]本专利技术提供的一种绝对式编码测角光照系统，包括照明部件、光学度盘和光敏部件；还包括光路折转部件；所述照明部件发出的入射光束经所述光路折转部件至少2次反射后出射，出射光束与所述入射光束始终保持平行并且方向相反；所述出射光束经过所述光学度盘并将光学度盘上的刻画以投影的方式成像到所述光敏部件上。
[0012]由于所述光路折转部件将所述照明部件的照明光束至少反射2次，根据几何光学原理可知，2次以上的反射可以实现光束的前进方向折转180
°
，并始终保持平行，且能够实现不因为入射光束的方向变化而改变这个折转角度。因此所述光学度盘的被照明位置就可
以设置在背向所述照明部件最初发出的光束的前进方向上，照明光束经过所述光路折转部件后仍能照明所述光学度盘。并且当环境或使用因素发生抖动时，即使所述光路折转部件的整体姿态发生了变化，照明光束还是能够保持180
°
的折转角度，其照明所述光学度盘的位置不会改变，通过所述光学度盘透射的成像光束被所述光敏部件接收的光信号也没有变化。本专利技术的绝对式编码测角光照系统的整体光程被合理分配，照明光束能满足所述光学度盘照射区域的照明效果，保证光敏部件接收到的光信号质量，有利于结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝对式编码测角光照系统，包括照明部件、光学度盘和光敏部件；其特征在于，还包括光路折转部件；所述照明部件发出的入射光束经所述光路折转部件至少2次反射后出射，出射光束与所述入射光束始终保持平行并且方向相反；所述出射光束经过光学度盘并将光学度盘上的刻画以投影的方式成像到所述光敏部件上。2.根据权利要求1所述的一种绝对式编码测角光照系统，其特征在于，所述照明部件与所述光敏部件位于所述光学度盘的一侧；所述光学折转部件位于所述光学度盘的另一侧。3.根据权利要求2所述的一种绝对式编码测角光照系统，其特征在于，所述照明部件与所述光敏部件设置在同一平面上。4.根据权利要求3所述的一种绝对式编码测角光照系统，其特征在于，所述照明部件与所述光敏部件安装在同一块电路板上。5.根据权利要求1至4任一所述的一种绝对式编码测角光照系统，其特征在于，所述光路折转部件包括至少两个呈90
°
夹角的反射面。6.根据权利要求5所述的一种绝对式编码测角光照系统，其特征在于，所述光路折转部件还包括机械联动...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈伯忠，
申请(专利权)人：苏州市永诚光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：