[发明专利]全内反射位移刻度尺

说明书

优先权

本专利申请要求于2007年6月19日提交的名称为“TOTALINTERNAL REFELECTION DISPLACEMNET SCALE(全内反射位移刻度尺)”的美国临时专利申请No.60/944,888的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于确定位移的刻度尺，该刻度尺采用多个全内反射(TIR)光学棱镜作为用于测量位移的刻度特征物。

背景技术

光学编码器用于测量基底或所关注的其它制品的位移。通常，光学编码器包括光源、附接到基底或所关注的其它制品的刻度尺和光感测元件。刻度尺通过反射、透射、和/或阻挡光的一些来调制从光源导向的光。光感测元件被定位成感测已调制光并且生成与已调制光相对应的输出信号。通过分析光传感器的输出信号确定所关注制品的位移。

发明内容

本发明的实施例涉及使用包括TIR刻度特征物的刻度尺用于确定基底位移的方法和系统。本发明的一个实施例涉及确定基底位置的方法。将光导向设置在基底上的刻度尺。刻度尺包括作为刻度尺元件的多个全内反射(TIR)棱镜。使用TIR棱镜来调制光，并且根据已调制光来产生信号，该信号指示基底位置。可以使用产生的信号确定基底位置。例如，信号可以包括指示连续基底位置的模拟信号。

在一些构型中，基底可以包括透明的、伸长的、柔性的幅材，例如聚合物幅材。根据所使用的材料，幅材的弯曲半径可以(例如)小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm、或甚至小于约5mm。

可以使用TIR刻度特征物确定幅材的纵向(纵维)位移、横向(横维)位移、和/或角旋转。对纵向位移和/或横向位移的测量使得能够确定幅材位置和/或可以用于确定造成位移变化的多种幅材参数。例如，可以根据位移测量值确定温度、应变、和弹性模量。

可以使用基本上垂直设置的两个系统通过简单的三角法确定幅材的角度。

根据本发明的一个方面，调制光涉及使用TIR棱镜来反射光的一部分。根据被反射的光来产生指示基底位置的信号。

根据本发明的另一个方面，调制光涉及使光的一部分透过透明的基底。根据被反射的光来产生指示基底位置的信号。扫描调制盘可以与TIR棱镜一起使用，从而得到光调制。

本发明的另一个实施例涉及被构造用于指示基底位置的系统。基底包括刻度尺，该刻度尺具有作为刻度特征物的全内反射(TIR)棱镜。传感器检测由TIR棱镜调制的光，并且根据已调制光来产生指示基底位置的信号。信号可以用于提供幅材的一个或多个自由平移度和/或自由旋转度(包括幅材的连续纵向位移、连续横向位移、和/或角旋转)的连续测量。系统包括被构造用于根据传感器信号确定基底位置和/或控制基底位置的组件。TIR元件可以具有约90°的内角或其它角度，并且可以在基底中包括凹槽或凹口。

本发明的又一个实施例涉及卷制品，其包括伸长的、柔性的幅材，该幅材具有设置在其上的图案特征和整合的刻度尺。刻度尺包括全内反射(TIR)棱镜，其被构造用于调制被导向幅材的光，其中已调制光指示幅材位置。

以上本发明的发明内容并非意图描述本公开的每一个实施例或每种实施方式。通过参见下面结合附图的具体实施方式和权利要求书，本发明的优点和成就与对本发明更完整的理解一起将变得显而易见并被理解。

附图说明

图1A示出了根据本发明的实施例用于指示幅材位置的全内反射的使用；

图1B示出了根据本发明的实施例的包括直角正棱镜的刻度尺元件，其被构造用于提供指示幅材位置的全内反射；

图2A示出了根据本发明的实施例的以反射模式操作的用于指示幅材位置的系统；

图2B示出了根据本发明的实施例的以透射模式操作的用于指示幅材位置的系统；

图2C示出了根据本发明的实施例的以反射模式操作的用于控制幅材的移动的系统；

图2D示出了根据本发明的实施例的以透射模式操作的用于控制幅材的移动的系统；

图2E和图2F示出了根据本发明的实施例的在幅材上纵向布置的刻度特征物；

图2G和图2H示出了根据本发明的实施例的在幅材上横向布置的刻度特征物；

图2I示出了根据本发明的实施例的棋盘图案的纵向刻度特征物和横向刻度特征物；

图3A为在光电检测器的表面处的光强度的曲线图，该光强度由根据本发明的实施例的刻度特征物来调制；