光学结构、读数头和光学传感器制造技术

本实用新型专利技术公开一种光学结构、读数头和光学传感器，光学结构包括光源组件、光栅组件和探测组件，光栅组件包括间隔设置的第一光栅和第二光栅，第一光栅具有与光源组件相向设置的第一衍射反射面，第二光栅具有与第一衍射反射面相向设置的第二衍射反射面，光源组件用于发出光束至第一光栅，第一光栅用于将光源组件发出的光束第一次反射衍射至第二光栅，第二光栅用于将第一次反射衍射的光束第二次衍射反射至第一光栅；第一光栅，还用于将第二次反射衍射的光束第三次衍射反射至探测组件。本实用新型专利技术的光学结构采用衍射反射面相向设置的第一光栅和第二光栅，能够提高位移探测精度。能够提高位移探测精度。能够提高位移探测精度。

【技术实现步骤摘要】
光学结构、读数头和光学传感器


[0001]本技术涉及检测
，尤其涉及一种光学结构、读数头和光学传感器。

技术介绍

[0002]在光栅位移检测中，可直接对两块光栅的投影即莫尔条纹进行计数以实现位移探测，而由于莫尔条纹计数探测在光学方向存在理论精度上限，因此，若需实现更高精度的位移探测，则需要使用光栅干涉的技术方案。通常通过光栅将衍射光束进行分束或整合以进行干涉探测，但是，现有的光栅编码器结构，通常通过将两块衍射光栅设置成一透射一反射的形式，形成等效的三光栅结构，该结构只能形成对光学位移信号的2倍细分，对探测精度的提升较为有限。
[0003]鉴于上述的缺陷，有必要提供一种新的光学结构、读数头和光学传感器。

技术实现思路

[0004]本技术的主要目的是提供一种光学结构、读数头和光学传感器，旨在解决现有的利用光栅干涉的结构将两块衍射光栅设置成一透射一反射的形式所获得的位移探测精度不高的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提出的光学结构包括光源组件、光栅组件以及探测组件：
[0006]光栅组件，包括间隔设置的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅具有与所述光源组件相向设置的第一衍射反射面，所述第二光栅具有与所述第一衍射反射面相向设置的第二衍射反射面；
[0007]光源组件，用于发出光束至第一光栅；
[0008]所述第一光栅，用于将所述光源组件发出的光束第一次反射衍射至所述第二光栅；
[0009]所述第二光栅，用于将第一次反射衍射的光束第二次衍射反射至所述第一光栅；
[0010]所述第一光栅，还用于将第二次反射衍射的光束第三次衍射反射至所述探测组件。
[0011]优选地，所述第二光栅为二维光栅，所述第一光栅为一维光栅或二维光栅。
[0012]优选地，所述第一光栅为一维光栅，所述第一光栅的移动方向与所述第一光栅的刻线延伸方向垂直。
[0013]优选地，定义平行于所述第一光栅的平面为参考平面，所述第一光栅的任意刻线与所述第二光栅的任意刻线在所述参考平面上的投影均呈夹角布置。
[0014]优选地，所述光源组件发出的光束与所述第一光栅的法线轴之间的夹角为β，30
°
≤β≤45
°
。
[0015]优选地，所述光学结构还包括第一凸透镜，所述第一凸透镜设于所述光源组件和所述第一光栅之间；和/或，所述光学结构还包括第二凸透镜，所述第二凸透镜设于所述第
一光栅和所述探测组件之间。
[0016]优选地，所述探测组件包括多个探测器，多个所述探测器的排列方向与所述第一光栅的移动方向相同。
[0017]优选地，所述第一光栅的移动方向包括第一方向和第二方向，所述多个所述探测器包括第一方向探测器组和第二方向探测器组。
[0018]另外，本技术还提出一种读数头，所述读数头包括光源组件、光栅组件以及探测组件：
[0019]光源组件，用于发出光束至外部第一光栅，所述外部第一光栅具有与所述光源组件相向设置的第一衍射反射面；
[0020]光栅组件，包括与所述外部第一光栅间隔设置的第二光栅，所述第二光栅具有与所述第一衍射反射面相向设置的第二衍射反射面；
[0021]所述外部第一光栅，用于将所述光源组件发出的光束第一次反射衍射至所述第二光栅；
[0022]所述第二光栅，用于将第一次反射衍射的光束第二次衍射反射至所述外部第一光栅；
[0023]所述外部第一光栅，还用于将第二次反射衍射的光束第三次衍射反射至所述探测组件。
[0024]另外，本技术还提出一种光学传感器，所述光学传感器包括光源组件、光栅组件、探测组件以及信号处理组件：
[0025]光栅组件，包括间隔设置的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅具有与所述光源组件相向设置的第一衍射反射面，所述第二光栅具有与所述第一衍射反射面相向设置的第二衍射反射面；
[0026]光源组件，用于发出光束至第一光栅；
[0027]所述第一光栅，用于将所述光源组件发出的光束第一次反射衍射至所述第二光栅；
[0028]所述第二光栅，用于将第一次反射衍射的光束第二次衍射反射至所述第一光栅；
[0029]所述第一光栅，还用于将第二次反射衍射的光束第三次衍射反射至所述探测组件；
[0030]所述信号处理组件，与所述探测组件连接，用于对探测组件发出的信号进行信号处理，得到位移信息。
[0031]本技术技术方案中，本技术的光学结构采用衍射反射面相向设置的第一光栅和第二光栅，光源组件的发出的光束倾斜照射在第一光栅的衍射反射面上，经过第一衍射和反射，其衍射反射光束落在第二光栅的衍射反射面上，经过第二次衍射和反射，其衍射反射光束落回至第一光栅的衍射反射面上，经过第三次衍射和反射，其衍射反射光束最后经由探测组件接收，光束经过两次第一光栅，光束引入了两次的多普勒频移量Ω；光束在干涉时，干涉的两束光一个引入+Ω，一个引入
‑
Ω，干涉时，相位相减得到2Ω，总共得到4倍的光学细分，即光束在第一光栅和第二光栅中来回反射，在第一光栅上反射两次，可以引入更高倍率的多普勒频移，探测精度相比更换前提升2倍，达到4倍光学细分，从而提高位移探测精度。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0033]图1为本技术一实施例中光学结构的光路示意图；
[0034]图2为本技术一实施例中光学结构的俯视光路示意图；
[0035]图3为本技术另一实施例中光学结构的光路示意图；
[0036]图4为本技术又一实施例中光学结构的一种光路示意图；
[0037]图5为本技术又一实施例中光学结构的另一种光路示意图；
[0038]图6为本技术再一实施例中光学结构的光路示意图；
[0039]图7为本技术一实施例中光学结构的衍射光束分布示意图；
[0040]图8为本技术一实施例中读数头的结构意图。
[0041]附图标号说明：
[0042]标号名称标号名称1光源组件31第一方向探测器组2光栅组件32第二方向探测器组21第一光栅4第一凸透镜22第二光栅5第二凸透镜3探测组件10读数头
[0043]本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0044]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学结构，其特征在于，所述光学结构包括光源组件、光栅组件以及探测组件：光栅组件，包括间隔设置的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅具有与所述光源组件相向设置的第一衍射反射面，所述第二光栅具有与所述第一衍射反射面相向设置的第二衍射反射面；光源组件，用于发出光束至第一光栅；所述第一光栅，用于将所述光源组件发出的光束第一次反射衍射至所述第二光栅；所述第二光栅，用于将第一次反射衍射的光束第二次衍射反射至所述第一光栅；所述第一光栅，还用于将第二次反射衍射的光束第三次衍射反射至所述探测组件。2.如权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述第二光栅为二维光栅，所述第一光栅为一维光栅或二维光栅。3.如权利要求2所述的光学结构，其特征在于，所述第一光栅为一维光栅，所述第一光栅的移动方向与所述第一光栅的刻线延伸方向垂直。4.如权利要求2所述的光学结构，其特征在于，定义平行于所述第一光栅的平面为参考平面，所述第一光栅的任意刻线与所述第二光栅的任意刻线在所述参考平面上的投影均呈夹角布置。5.如权利要求1至4中任一项所述的光学结构，其特征在于，所述光源组件发出的光束与所述第一光栅的法线轴之间的夹角为β，30
°
≤β≤45
°
。6.如权利要求1至4中任一项所述的光学结构，其特征在于，所述光学结构还包括第一凸透镜，所述第一凸透镜设于所述光源组件和所述第一光栅之间；和/或，所述光学结构还包括第二凸透镜，所述第二凸透镜设于所述第一光栅和所述探测组件之间。7.如权利要求1至4中任一项所述的光学结构，其特征在于，所述探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，张文农，
申请(专利权)人：苏州汇川控制技术有限公司，
类型：新型
国别省市：