[发明专利]采用纤维光学接收通道的微型二维编码器读头

摘要

本发明公开了披露一种2D纤维光学编码器读头，具有多个读头件用于检测一标度光栅的二维位移。读头件检测通道是纤维光学检测通道，具有相应的相位光栅掩模。至少两个相位光栅掩模具有不同的取向，以便便于在至少两个不同的方向上检测位移。各2D纤维光学编码器读头件设计得可测得自标度光栅上相应图形的自映象图形的位移。自映象图形为在至少两个不同的方向上检测位移创造了条件。在不同的示范性实施例中，纤维光学读头件是按照确保某种强大信噪比的不同设计关系予以制作的。因此，可以达到高水平的位移信号插值。此2D纤维光学编码器读头件以特别精确和经济的方式组装起来并可以设置在尺寸在1－2毫米量级上的一个封装之中，产生一非常小的总体读头尺寸，这取决于装入的读头件的数量。

主权项

1.一种2D测量装置，用于测量两个构件之间的相对位置，此装置包括：一2D标度盘，具有一沿着第一和第二测量轴线方向延伸的2D标度光栅，2D标度光栅包括一2D光栅图形，按照相应的第一和第二光栅间距沿着第一和第二标度光栅方向是周期性的；以及一读头，包括至少第一和第二自映象读头件，各自用以提供可运作的2D标度光栅的自映象，每一相应的自映象读头件对应于第一和第二标度光栅方向之一，而每一相应的自映象读头件包括：一光源部分，包括至少一个相应的光源器件；以及多个纤维光学接收通道，每一相应的纤维光学接收通道包括：一相应的接收通道空间相位掩模部分，具有一相应的掩模部分空间相位且其各阻光元件以用以沿着相应的标度光栅方向对2D标度光栅的可运作自映象作空间滤波的相应间距配置，且基本上位于用以对2D标度光栅的可运作自映象作空间滤波的相应空间相位掩模平面上；以及至少一条相应的接收通道光纤，其具有一接收相应的接收通道光学信号光线的输入端；其中：对于每一相应的接收通道，由所述至少一条相应接收通道光纤接收的相应的接收通道光学信号光线，包括通过相应的接收通道空间相位掩模部分收在一相应的光线收集区域上集到的光学信号光线，所述区域沿着相应标度光栅方向具有的光线收集区域尺寸至少是相应接收通道空间相位掩模部分的一个完整周期(full period)；对于每一相应的自映象读头件：当所述读头在运作上相对于标度光栅定位时，相应自映象读头件的多个纤维光学接收通道的至少第一和第二相应通道，沿着相应空间相位掩模平面处的相应标度光栅方向，对2D标度光栅的可运作的自映象的其相应部分作空间滤波，以提供具有至少第一和第二相应光学信号相位的至少第一和第二相应接收通道光学信号；具有相应光学信号相位的所述至少第一和第二相应接收通道光学信号沿着它们相应的光纤被输出，以提供多个相应光学输出信号形式的相对位移测量信息，相应光学输出信号在不使用电子光检测器件的情况下产生自经过空间滤波的标度光线；以及其中，所述至少第一和第二相应接收通道光学信号用于以沿着相应的标度光栅方向确定相应自映象读头件的相应增量微子测量，而得自至少所述第一自映象读头件的增量位置测量对应于所述第一标度光栅方向，得自至少所述第二自映象读头件的增量位相应测量对应于所述第二标度光栅方向，以及得自于所述至少第一和第二自映象读头件的增量位置测量可用于确定沿着所述第一和第二测量轴线方向的所述读头与2D标度盘之间的相对位置。