[发明专利]包括无源读头的光学编码器

说明书

技术领域

本发明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。

发明背景

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。

发明概要

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。根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的另一个方面，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。