包括无源读头的光学编码器制造技术

本发明专利技术提供一种具有无源读头的光学编码器系统。所述无源读头没有附接的线缆，并且是全光学读头，其中通过直接视线光学传输远程将相对于标尺的测量位置信息读取到远程配套系统。所述远程配套系统包括光源和感应部分。在一个实施方案中，所述感应部分可包括远程透镜部分和光电探测器装置。所述远程配套系统被构造来光学感应来自所述无源读头的成像区域的强度，并且根据所感应到的强度输出指示所述测量位置的多个信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大致涉及精密测量仪器，且更具体地说涉及光学位移编码器。
技术介绍
目前可购得用于感应线性、旋转或角度移动的各种光学编码器。光学编码器通常使用周期标尺，所述周期标尺允许通过累积沿着周期标尺上的轨道从起始点开始的位移的增量单位而确定读头相对于标尺的位移标尺。在一些应用中，编码的标尺轨道可补充或取代这样一种周期标尺，以在沿着标尺的任意点提供绝对位置输出。 在一些应用中，至少光学编码器的电子部分须远程于标尺定位。例如，这可允许定位为紧邻标尺的编码器读头更紧凑或更可靠。一种用于将电子设备远程于标尺定位的方法是将光学读头定位为靠近标尺，并且通过光纤在读头与远程电子设备或主机系统之间安排照明和光信号的路线。授予Tokunaga的美国专利4，733，071中公开了一种使用光纤的系统公开在。’071专利中所描述的系统具有编码部件标尺和光学传感器头，所述光学传感器头包括沿着编码部件测量轴紧密配置的光纤发光头和两个光纤接收头。但是，所得编码器的精确度相对粗糙。美国专利6，906，315和7，126，696中公开了用于以更高精确度感应标尺光栅的位移的两个额外示例性光纤编码器读头系统，所述专利全文以引用的方式并入本文中。如’ 315专利所述，读头的检测器通道是具有对应相位光栅掩模的光纤检测器通道，且所述光纤编码器读头被构造来检测标尺光栅的自成像的位移。如’ 696专利所述，读头的检测器通道是具有对应的相位光栅掩模的光纤检测器通道，且所述光纤编码器读头被构造来检测因标尺光栅产生的干涉条纹的位移。但是在诸如’ 315和’ 696专利的读头系统中，至读头所需的线缆可能相对昂贵、难以安排路线并且可能导致相对较小的感应区域。标尺的远程或望远成像可用于检测标尺的位移而无需电子线缆或光学线缆紧邻标尺。或者，如授予Shelander的美国专利4，899，048所公开,聚焦激光光束可用于在远处检测标尺的位移。但是源与成像系统相距标尺的距离之间的取舍、距离增大时光学和/或的受限测量分辨率以及所需光学调准的难度和可靠性使得这类系统对于许多实际应用而言不可行。需要一种用于从远处以高分辨率感应光学编码器标尺位移并且无需紧邻标尺安排缆线的路线的改进系统。专利技术概要提供本概要以简化形式介绍选择的概念，其在下文详细描述中进一步描述。本概要并非旨在确认所主张标的的关键特征，也不旨在用于协助确定所主张标的的范围。提供一种具有无源读头的光学编码器。根据本专利技术的一个方面，无源读头没有附接的线缆并且是全光学读头，其中通过直接视线光学传输将相对于标尺的测量位置信息远程读取到远程配套系统。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，无源读头包括标尺照明路径部分和测量光程部分，而远程配套系统包括光源和感应部分。在一个实施方案中，远程配套系统的感应部分可包括远程透镜部分和光电探测器装置。远程配套系统远程于无源读头配置(例如，远程配套系统和无源读头定位在单独的外壳中)以沿着第一路径输出源光到无源读头，所述无源读头被配置来输入源光并且从标尺照明路径部分输出标尺照明光到标尺光栅。标尺光栅被配置来接收标尺照明光并输出干涉光到无源读头，其中干涉光的空间相位取决于无源读头相对于标尺光栅的测量位置。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，无源读头还被配置成使得测量光程部分接收来自标尺光栅的干涉光，并且沿着第二路径输出包括多个对应强度区域的测量光到远程透镜部分。测量光程部分包括包括输入干涉光并且提供相应的对应强度区域的多个相径(例如，在一个特定的实施方案中为空间滤波器)的相位信号部分。在不同的实施方案中，相径具有相应的相位偏移并且被构造成使得每个对应强度区域的强度与输入干涉光的空间相位和相应的相径的相位偏移相关。远程透镜部分被配置来输入测量光并且提供多个对应强度区域的图像到光电探测器装置。在一些实施方案中，远程透镜部分可被构造来提供所要量的图像模糊；帮助空间均化或模糊其所输出的光的图案使得光电探测器装置上成像的强度区域各自更均匀。这可有利地使调准较不苛刻且/或更稳健，并且/或减小或消除在一些实施方案中可能因在所检测到的测量光中可能另外保留的干涉条纹残余而出现的误差。光电探测器装置被构造来感应所成像的多个对应强度区域中的每一个的强度并 且基于所感应到的强度输出指示测量位置的多个信号。由于相位信号(例如，条纹图)由远程配套系统转换和/或成像为“肉眼可见的”强度区域，所以所检测到的信号对于在从无源读头转送到远程配套系统时遇到的环境变化(例如，变动)而言是稳健的。相比之下，长距离发射相干光条纹图并且从条纹图中得出位置信息的系统易受环境变化(例如，变动)对条纹图的干扰的影响。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，相位信号部分可包括光阻元件以一定间距配置成周期图案的空间滤波器，所述间距可操作用于对测量光进行空间滤波。在一个实施方案中，光阻元件的周期图案的至少一部分可相对于测量光的周期图案旋转且在一个特定实施方案中可具有相对于平行于测量轴的一个轴对称的V形。无源读头可包括基板，空间滤波器固定到所述基板且标尺照明光可透射穿过基板。在一个实施方案中，标尺照明路径部分可包括(例如，位于基板上的)源光栅，所述源光栅输入源光并且输出包括衍射级的标尺光。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，相位信号部分可包括各包括组合光栅的相径，所述组合光栅输入来自标尺光栅的干涉光的光线并且沿着平行路径输出干涉光的不同衍射级的光线，使得平行光线干涉以提供从每个相径输出的相应强度区域。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，测量光程部分包括被定位来接收来自相位信号部分的光并且输出测量光的漫射体。在一个替代实施方案中，测量光程部分包括被定位来接收来自相位信号部分的光并且输出测量光的一层磷光体颗粒。根据本专利技术的另一个方面，在一个实施方案中，第二路径比无源读头与标尺光栅之间的间隔距离更长(例如，至少长5倍)。在一个实施方案中，第二路径可包括与围绕无源读头的外罩相关联的透明材料，所述透明材料可用于在测量操作期间在机械稳定构造中建立远程配套系统相对于无源读头的所要间隔。附图简述结合附图参考以下详细描述时，本专利技术的上述方面和许多相关优点将变得更容易明白且同样变得更好了解，其中图I是包括无源读头和远程配套系统的光学编码器构造的一般示例性实施方案的不意图；图2是光学编码器构造的示例性实施方案的示意图，其中无源读头包括测量光部分的第一实施方案，且分光镜用于引导输入光程和输出光程使得其沿着X轴分隔开； 图3是光学编码器构造的示例性实施方案的示意图，其中无源读头包括测量光部分的第二实施方案且输入光程和输出光程沿着Y轴分隔开；图4是包括可用于无源读头的相位信号部分的倾斜光阻元件的基板的示例性实施方案的示意图；图5是光学编码器构造的示例性实施方案的示意图，其中无源读头包括测量光部分的第三实施方案且输入光程和输出光程沿着Y轴分隔开；图6是偏转器元件邻近无源读头的光学编码器构造的示例性实施方案的示意图，其中输入光程和输出光程大致平行于测量轴方向；和图7是可用于图6的远程配套系统的动态跟踪系统的示例性实施方案的示意图。具体实施例方式图I是包括无源读头110、远程配套系统180和标尺光栅80的光学编码器构造100的一般示例性实施方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学编码器构造，其包括：标尺光栅，其包括沿着测量轴方向延伸的周期光栅图案；无源读头，其定位为紧邻所述标尺光栅，其中所述标尺光栅和所述无源读头之一可沿着所述测量轴方向相对于另一个移动到多个测量位置，所述无源读头包括标尺照明路径部分和测量光程部分；和远程配套系统，其包括光源和感应部分，所述感应部分包括远程透镜部分和光电探测器装置，其中：所述远程配套系统远程从所述无源读头配置以沿着第一路径输出源光到所述无源读头，所述无源读头被配置来输入所述源光并且从所述标尺照明路径部分输出标尺照明光到所述标尺光栅；所述标尺光栅被配置来接收所述标尺照明光并且输出干涉光到所述无源读头，所述干涉光的空间相位取决于所述测量位置；所述无源读头被配置成使得所述测量光程部分接收来自所述标尺光栅的所述干涉光，并且沿着第二路径输出包括多个对应强度区域的测量光到所述远程透镜部分，其中所述测量光程部分包括包括输入所述干涉光并且提供相应的对应强度区域的多个相径的相位信号部分，其中所述相径具有相应的相位偏移并且被构造成使得每个对应强度区域的强度与所述输入干涉光的所述空间相位和所述相应的相径的所述相位偏移相关；所述远程透镜部分被配置来输入所述测量光并且提供所述多个对应强度区域的影像到所述光电探测器装置；且所述光电探测器装置被构造来感应所述成像的多个对应强度区 域中每个的强度并且根据所感应到的强度输出指示所述测量位置的多个信号。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JD托比亚森，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：