專利名稱：具有至少一張透鏡片的光編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)測(cè)量一活動(dòng)部件位移的光編碼器，例如轉(zhuǎn)軸角度光編碼器或位置傳感器。
背景技術(shù)：
公知有各種光編碼器用來(lái)判定一物體的位置和運(yùn)動(dòng)。圖1例示出德國(guó)專利申請(qǐng)(DE A1)No.2，316，248公開(kāi)的一光編碼器。該光編碼器包括一光源200、一準(zhǔn)直從該光源200發(fā)出的光束的透鏡202、第一固定衍射光柵204和第二活動(dòng)衍射光柵206、一聚光透鏡208和光接收件210、212和214。光源200經(jīng)準(zhǔn)直后照射到第一固定衍射光柵204上，然后照射到第二活動(dòng)衍射光柵206上。當(dāng)活動(dòng)衍射光柵206在箭頭R所示方向上移動(dòng)時(shí)，干擾條紋經(jīng)聚光透鏡208在光接收件210、212和214上移動(dòng)，使得光接收件210、212和214接收的光的數(shù)量以正弦波變動(dòng)。因此，如果活動(dòng)衍射光柵206移動(dòng)光柵的一個(gè)節(jié)距，光接收件210、212和214的輸出就變動(dòng)正弦波的一個(gè)周期。傳感該變動(dòng)，就可確定活動(dòng)衍射光柵206的位移量。
圖2所示另一種典型的光編碼器使用轉(zhuǎn)軸編碼器300，包括一編碼輪302，該編碼輪中有多個(gè)光闌304。該編碼輪302的一邊上有一光源306，編碼輪302的另一邊與光源306相對(duì)位置上有光電晶體管之類的一光傳感器308。編碼輪302在它們之間轉(zhuǎn)動(dòng)，生成由光傳感器308接收的一連串光脈沖，用這些脈沖即可測(cè)量編碼軸300的位移。
盡管這一現(xiàn)有技術(shù)的工作是否良好決定于該測(cè)量裝置和所需精度，但使用衍射光柵的光編碼器較之編碼輪的分辨率高，不過(guò)制造成本也高，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。但是，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的編碼輪的分辨率無(wú)法滿足某些裝置的要求，因?yàn)榫幋a輪中的光闌數(shù)有一上限。
因此需要提供一種分辨率高、制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光編碼器裝置。
本發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是提供一種消除上述缺點(diǎn)的光編碼器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種無(wú)需使用準(zhǔn)直透鏡的簡(jiǎn)單光編碼器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光編碼器，其部件容易制造。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光編碼器，該光編碼器可使用具有寬大的發(fā)光表面的光源。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種兩維光編碼器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可用于一很大表面積上的光編碼器。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一光編碼器包括一發(fā)出一光束的光源；受該光束照射的第一小透鏡陣列；受從第一小透鏡陣列射出的光束照射的第二小透鏡或透鏡陣列；以及一獲得第一或第二小透鏡陣列的位移信息的裝置。當(dāng)該光束穿過(guò)第一和第二小透鏡陣列時(shí)，各小透鏡使該光束成為周期圖樣或明暗條紋的細(xì)光束，從所生成的明暗圖樣的位置的改變即能獲得該位移信息。
此外，使用同一原理可生成兩維光編碼器。該方法是重疊兩小透鏡陣列，小透鏡陣列布置成小透鏡的縱向軸線互相垂直。因此，由小透鏡陣列構(gòu)成的第一層限定的光束垂直重疊，射出的光束照射到相似的第二層上，該第二層使光束成為兩組明暗條紋，從而生成兩維光編碼器。
本發(fā)明的另一特征是，可十分經(jīng)濟(jì)地制造大尺寸小透鏡陣列。因此本發(fā)明對(duì)要求光編碼器具有大表面積的應(yīng)用場(chǎng)合十分理想。這種應(yīng)用的一個(gè)例子是光筆或鼠標(biāo)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一光編碼器包括一發(fā)出一光束的光源；受該光束照射的一活動(dòng)透鏡陣列。該光束穿過(guò)各小透鏡，這些小透鏡使該光束成為周期圖樣的細(xì)光束；當(dāng)該透鏡陣列被移動(dòng)時(shí)檢測(cè)該光圖樣并測(cè)量輸出信號(hào)的裝置。
同樣，通過(guò)重疊其小透鏡的縱向軸線互相垂直的兩透鏡陣列可生成一兩維光編碼器。
從下面結(jié)合附圖對(duì)一優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中可清楚看出本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1-2示出現(xiàn)有光編碼器；圖3示出本發(fā)明光編碼器第一實(shí)施例；圖4為沿圖3中R-R線剖取的剖面圖；圖4A-C詳細(xì)說(shuō)明圖3所示第一實(shí)施例的工作情況；圖5示出當(dāng)活動(dòng)小透鏡陣列的位置移動(dòng)時(shí)光接收件所接收的光的數(shù)量；圖7示出本發(fā)明工作原理；圖8、9-9D示出圖3所示第一實(shí)施例的各種修改；圖10示出本發(fā)明一轉(zhuǎn)動(dòng)光編碼器；
圖11示出本發(fā)明一轉(zhuǎn)動(dòng)光編碼器；圖12示出本發(fā)明兩維光編碼器的第二實(shí)施例；圖13為本發(fā)明兩維光編碼器第二實(shí)施例的一種修改。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明下面結(jié)合示出本發(fā)明光編碼器第一實(shí)施例的圖3詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖3所示光編碼器包括一光源12、受光束20照射的第一和第二小透鏡陣列14和16以及一位移信息獲得裝置18。
為了了解本發(fā)明第一實(shí)施例的工作情況，參見(jiàn)圖4-4C。圖4為沿圖3中R-R線剖取的剖面圖。第一小透鏡陣列14與第二小透鏡陣列16平行。第一小透鏡陣列固定，第二小透鏡陣列可在箭頭R所示方向上移動(dòng)。在圖4A放大圖中，可看到小透鏡陣列14和16由薄的小凸透鏡陣列10a構(gòu)成。在本發(fā)明該第一實(shí)施例中的特別表示中，小透鏡為薄透鏡，因?yàn)橥哥R寬度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于透鏡厚度。但是，應(yīng)該看到，透鏡可厚可薄，可為凸透鏡，也可為凹透鏡，可為柱面或球面透鏡或更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和成象元件，例如全息和其他衍射透鏡。圖4A使用傍軸光學(xué)示出本發(fā)明第一實(shí)施例的工作原理。傍軸光學(xué)用來(lái)確定光束20受小透鏡陣列14和16折射后的折射角和大小。傍軸數(shù)量在選定坐標(biāo)系中提供關(guān)于理想成象信息的信息。從下文可見(jiàn)，傍軸數(shù)量用作光線在該光學(xué)系統(tǒng)中的實(shí)際光路的基礎(chǔ)。一穿過(guò)一透鏡的光線的傍軸方程可表為 其中，α為入射角度，y為入射光線相對(duì)于光軸Z的高度，M為折射矩陣，T為把y變換成小透鏡10a的相同光軸X的矩陣，L為變換矩陣，I為高度，B為折射后光線與小透鏡10a的光軸X之間的角度。因此，薄的凸透鏡10a的矩陣方程可表為 該方程簡(jiǎn)化為 這等同于代數(shù)方程I=y′ (1.6)B=-y′／f+α (1.3)從方程1.5和1.6可清楚看出，對(duì)于α角為正的入射光線，如果y′為負(fù)，則折射角B大于入射角α，這意味著，入射光線折射后偏離光軸Z；如果y′為正，折射角B為負(fù)，則入射光線向光軸Z折射。把這些方程應(yīng)用于圖4A上的入射光線20a，可在小透鏡陣列14和16中跟蹤入射光線20a。在入射光線20a與小透鏡14a的交點(diǎn)A處，用方程13算出離第一小透鏡陣列14距離為l、入射光線20a高度為y′的入射光線20a的變換。在點(diǎn)A，y′為負(fù)，方程1.4表明入射光線20a折射后偏離光軸Z。接著從點(diǎn)A到B跟蹤光線20a，仍使用方程13和1.4，但此時(shí)折射后光線成為入射光線。因此，用y″取代y′，B取代α。用方程1．3計(jì)算從第一小透鏡陣列14到第二小透鏡陣列16距離為d、在點(diǎn)B處高度為y″的折射后光線20a的變換。在點(diǎn)B處，y″為負(fù)，方程1．4再次表明光線20a進(jìn)一步偏離光軸Z。下面參見(jiàn)圖4B，把應(yīng)用于入射光線20a的原理同樣應(yīng)用于入射光線20b、20c和20d，可看到，在D點(diǎn)處，入射光線20b折射后偏離光軸Z，在點(diǎn)H和F處，入射光線20c和20d向光軸Z和光線接收件18折射。由于以任意給定入射角入射到第一和第二小透鏡陣列14和16上的所有光線或是折射后偏離Z軸、或是向Z軸折射，因此生成明暗圖樣。當(dāng)在箭頭R所示方向上移動(dòng)第二小透鏡陣列16時(shí)，從第一小透鏡陣列14射出的光線入射在第二活動(dòng)小透鏡陣列16上的位置y″改變。使用方程13，y″隨著第二小透鏡陣列在箭頭R所示方向上的位移而改變，結(jié)果明暗條紋的位置如圖4C所示移動(dòng)。確切說(shuō)，如第二活動(dòng)小透鏡陣列16的移動(dòng)距離相應(yīng)于一小透鏡的寬度W，光接收件18的輸出大小以如圖5所示一個(gè)周期的正弦波改變。通過(guò)傳感該改變，即可確定該活動(dòng)小透鏡陣列16的位移量。
此外，光線接收件18可為CCD、光檢測(cè)器、光檢測(cè)器陣列、光纖或其他用來(lái)獲得光改變圖樣的光接收裝置。光接收件18的輸出然后可用公知方式轉(zhuǎn)變成表示活動(dòng)小透鏡陣列16的位置和方向的模擬或數(shù)字信號(hào)。
圖7示出本發(fā)明工作原理。穿過(guò)一透鏡或透鏡組合的任何光線可用兩個(gè)參數(shù)描述相對(duì)于Z軸的方向α0和在Z軸上方的高度y0。如圖7所示，用字母A表示各小透鏡陣列A1表示第一小透鏡陣列、A2表示第二小透鏡陣列…、AN表示第N小透鏡陣列。此外，一陣列中的各小透鏡看作一光學(xué)透鏡，可用字母L表示L11表示第一陣列A1中的第一小透鏡、L12表示第一陣列A1中的第二小透鏡、…、LNM表示第N陣列中的第M小透鏡。此外，每一小透鏡L還可用其他4個(gè)矩陣表示M111為把一相對(duì)于光軸Z的傍軸光線轉(zhuǎn)換成一相對(duì)于透鏡L11的光軸的傍軸光線的矩陣；M112表示光學(xué)透鏡L11在圖7中點(diǎn)B上的第一折射面的矩陣；M113表示透鏡L11在點(diǎn)C與D之間的轉(zhuǎn)換矩陣；M114表示光學(xué)透鏡L11在點(diǎn)D上的第二折射面的矩陣。把表示各小透鏡的矩陣組合在一起，用下列表達(dá)式可得出從點(diǎn)B到I的光線的圖象的位置。
L11=M114M113M112M111，L21=M214M213M212M211，…LN1=MN14MN13MN12MN11 如果小透鏡陣列AN在箭頭R所示方向上移動(dòng)，由于小透鏡LN1…LNM的位置移動(dòng)，因此只有矩陣MN11…MNM1改變。MN11’…MNM1’表示新矩陣。因此，光線圖象方程可表為L(zhǎng)11=M114M113M112M111，L21=M214M213M212M211，…LN1’=MN14MN13MN12MN11， 由該矩陣方法可使用各種計(jì)算機(jī)方法跟蹤極復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中的光線。該方程可用來(lái)在一小透鏡陣列發(fā)生位移后跟蹤一光線和光線圖象。因此，把該方程與現(xiàn)代光學(xué)理論和計(jì)算機(jī)編程相結(jié)合就可設(shè)計(jì)出不同類型的小透鏡陣列，這些小透鏡陣列組合在一起能使光束成為明暗條紋。
如上所述，用傍軸光學(xué)描述實(shí)際光線在理想的無(wú)象差成象情況下在透鏡中的光程。光線跟蹤是完整描述光學(xué)系統(tǒng)中光程的最佳方法。光線在與一表面相交前以直線傳播，在交點(diǎn)上其方向、一般其振幅改變后繼續(xù)前進(jìn)。如果知道所有光學(xué)表面的形狀和位置并給定從某物體發(fā)出的一束光線，就可用一方法找出一圖象的確切位置和大小。該方法為確定每一光線與第一表面的交點(diǎn)和交角后用Snell定律獲得光線折射后的方向，再確定折射光線與下一表面的交點(diǎn)和交角，再用Snell定律獲得光線折射后的新方向，如此反復(fù)，直到光線最終成象。光線跟蹤理論可見(jiàn)光學(xué)教材如AllenNussbaum所著“光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和R.R.Shannon所著“光設(shè)計(jì)技術(shù)”。
作為上述工作原理的一個(gè)應(yīng)用例，圖8、圖9、圖9A、圖9B的橫截面圖示出各種光編碼器，這些光編碼器應(yīng)用上述原理使用小透鏡陣列的不同組合使光束生成明暗條紋。圖8中的光編碼器包括一光源12、一由多個(gè)柱面透鏡組成的活動(dòng)透鏡陣列28和一光接收件18。圖9所示光編碼器包括一光源12、各由多個(gè)柱面透鏡組成的第一和第二透鏡陣列28和29、一由多個(gè)雙凹透鏡組成的活動(dòng)透鏡陣列30和一光接收件18。圖9A所示光編碼器包括一光源12、第一和第二透鏡陣列102和104以及一光接收件18。透鏡陣列102和104由小凹透鏡陣列組成。圖9B所示光編碼器包括一光源12、第一和第二活動(dòng)透鏡陣列110和112以及一光接收件18。透鏡陣列110和112由小柱面透鏡陣列組成。
圖9C示出光編碼器的另一例，該光編碼器包括一光源12、各由多個(gè)小球面透鏡組成的第一和第二活動(dòng)透鏡陣列120和122以及一光接收件18。小球面透鏡沿軸向?qū)R和不對(duì)齊可聚焦或折射光線，從而生成一Moire樣圖樣。該Moire樣圖樣隨第二活動(dòng)陣列的移動(dòng)而改變。由重疊透鏡陣列120與122生成的光學(xué)效果見(jiàn)美國(guó)專利No.3，357，772“用于產(chǎn)生光學(xué)效果的定相透鏡片″。但美國(guó)專利No.3，357，772所述透鏡片的應(yīng)用和使用不同，透鏡片無(wú)法移動(dòng)，而是粘在一起形成Moire樣圖樣。
對(duì)于包括兩張或多張透鏡片的光編碼器，為使圖樣清晰，兩透鏡片之間的距離至關(guān)重要。為獲得最佳結(jié)果，兩透鏡片之間的距離不得遠(yuǎn)大于小透鏡焦距的3-4倍。我們發(fā)現(xiàn)，如透鏡片兩面上有透明涂層，可大大改善光學(xué)圖樣。例如，如在丙酸纖維素和聚碳酸酯透鏡片的兩面上涂上使用改良脂環(huán)族胺硬化劑和表氯醇和雙酚A制品的透明環(huán)氧樹(shù)脂涂層，可獲得良好結(jié)果。此外，透鏡片兩面上如有涂層，兩透鏡片之間的距離可大于其小透鏡焦距的3-4倍。
上述透鏡片一般用熱塑樹(shù)脂擠壓成形而成。除了玻璃，本發(fā)明塑料片材可使用各種合成塑料，包括丙烯酸酯及其共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硝酸纖維素、聚丙烯和聚乙烯。透鏡的制造工藝見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公告No.Hei3-200948和Hei2-146536。由于透鏡片的制造費(fèi)用低，可制成節(jié)距極細(xì)的透鏡，例如每英寸300線，因此光編碼器的制造成本降低，分辨率提高。此外，透明塑料透鏡片使得光編碼器可與一反射鏡或反射涂層一起使用，從而生成反射式光編碼器。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可使用上述原理生成一程序，該程序模擬建立與本發(fā)明相同光編碼器所需的所有條件。盡管本發(fā)明第一實(shí)施例只需要兩個(gè)小透鏡陣列，但從上述原理和例子可推知，可使用任何數(shù)量的小透鏡陣列，只要至少一個(gè)小透鏡陣列為活動(dòng)陣列。此外，小透鏡的大小和形狀可不同，光學(xué)系統(tǒng)和成象元件可更復(fù)雜，例如全息或其他衍射透鏡，只要所組成的光學(xué)系統(tǒng)把光束變成明暗條紋。
衍射透鏡可由一包括許多平行或同心的線的光柵構(gòu)成，使得入射光衍射而產(chǎn)生所需聚焦效果。這樣的一種衍射透鏡見(jiàn)H.P.Kleinknecht的美國(guó)的專利申請(qǐng)Ser.No.754，134“具有衍射透鏡陣列的光成象器”。
另一種透鏡陣列可為一全息形式。一全息圖由穿過(guò)一障板的相干光束與一基準(zhǔn)光束之間的干擾圖樣生成。因此，具有多個(gè)圖樣的一全息衍射或把光束變成明暗條紋的全息小透鏡陣列可用作該透鏡陣列。
圖9D示出本發(fā)明另一實(shí)施例。該光編碼器140包括一光源12、一由多個(gè)柱面小透鏡構(gòu)成的透鏡陣列141、一活動(dòng)球透鏡142和一活動(dòng)光接收件18。當(dāng)球透鏡142和光接收件18在R所示方向上移動(dòng)時(shí)，球透鏡142或是把光線聚焦到光接收件18上或是使光線從接收件18向四周散射。
盡管上述實(shí)施例由于活動(dòng)小透鏡陣列16、28或30作直線移動(dòng)而為線性光編碼器，但使用本發(fā)明原理也可形成轉(zhuǎn)動(dòng)或球狀光編碼器。
圖10和11例示出使用上述原理的轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器。圖10轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器包括光源32、一固定小透鏡陣列34、一形成在一圓柱面上的轉(zhuǎn)動(dòng)小透鏡陣列33和一光接收件31。圖11光編碼器包括光源36、一固定小透鏡陣列37、一形成在一環(huán)形面上的轉(zhuǎn)動(dòng)小透鏡陣列35和一光接收件38。轉(zhuǎn)動(dòng)小透鏡陣列33和35都圍繞一軸線X轉(zhuǎn)動(dòng)。
使用上述原理的本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)之一是可使用兩維光編碼器?，F(xiàn)有兩維光編碼器由同一平面中互成90的兩個(gè)線性一維光編碼器組合而成。這種設(shè)計(jì)的光編碼器復(fù)雜、體積大，結(jié)果制造成本高，或者，在某些情況下無(wú)法減小體積。而圖12所示簡(jiǎn)單的兩維光編碼器可克服上述不足。
下面結(jié)合示出本發(fā)明第二實(shí)施例的圖12詳述之。該兩維編碼器包括；一光源50；第一和第二活動(dòng)小透鏡陣列51和52，這兩個(gè)陣列重疊成一單層兩維小透鏡陣列；第一和第二固定小透鏡陣列48和49以及光接收件47和46。在該兩維小透鏡陣列中，小透鏡陣列51的小透鏡56的縱向軸線沿X軸伸展，小透鏡陣列52的小透鏡58的縱向軸線沿Y軸伸展。位于該兩維小透鏡陣列上方的固定小透鏡陣列48和49互相垂直，與該兩維小透鏡陣列平行。光束首先入射到由各小透鏡56和58構(gòu)成的兩維小透鏡陣列上。射出的光束然后照射到固定小透鏡陣列48和49上。各小透鏡陣列48和49再把射出的光束變成兩組明暗條紋。當(dāng)兩維小透鏡陣列平行于X軸移動(dòng)時(shí)，由于只有從兩維小透鏡陣列射出的光束與各小透鏡61的表面60之間的入射角發(fā)生變動(dòng)，因此只有由固定小透鏡陣列48生成的明暗條紋的位置發(fā)生變動(dòng)。同樣，當(dāng)兩維小透鏡陣列平行于Y軸移動(dòng)時(shí)，由于只有從兩維小透鏡陣列射出的光束與各小透鏡63的表面62之間的入射角發(fā)生變動(dòng)，因此只有由固定小透鏡陣列49生成的明暗條紋的位置發(fā)生變動(dòng)。即，通過(guò)檢測(cè)這兩組明暗條紋的位置的變動(dòng)，光接收件47和48生成對(duì)應(yīng)電信號(hào)，用該電信號(hào)即可確定兩維小透鏡陣列在XY平面中的位移。
圖13示出一兩維轉(zhuǎn)動(dòng)光編碼器，其原理與圖12第二實(shí)施例相同。該兩維轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器包括一光源45；一形成在圓柱面上、互相套在一起而形成一兩層圓柱形小透鏡陣列的第一和第二活動(dòng)小透鏡陣列43和44以及光接收件39和40。小透鏡陣列44的小透鏡68的縱向軸線沿X軸環(huán)行；小透鏡陣列43的小透鏡69的縱向軸線沿Y軸環(huán)行。為了生成兩維轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，活動(dòng)小透鏡陣列44和43圍繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿箭頭R所示方向移動(dòng)。
此外，只要從圖12實(shí)施例中省略固定小透鏡陣列48和49，從圖13實(shí)施例中省略固定小透鏡陣列44和43，就可獲得圖12和13所示兩維編碼器的變形。
應(yīng)該指出，盡管以上充分說(shuō)明了本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例及其各種替代方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明范圍內(nèi)不難作出各種符合本發(fā)明原理的替代方案和等同方案。因此本發(fā)明不受上述說(shuō)明的限制，而只受權(quán)利要求的限制。
此外，在具有兩個(gè)以上小透鏡陣列的上述實(shí)施例中，這些小透鏡陣列中的任一小透鏡陣列可作為活動(dòng)小透鏡陣列，而其余的小透鏡陣列作為固定小透鏡陣列。
權(quán)利要求
1.一種光編碼器，包括一發(fā)出一光束的光源；具有所述小透鏡陣列的第一透鏡片，所述光源發(fā)出的所述光束照射在其上，所述第一透鏡片的節(jié)距在該第一透鏡片的整個(gè)面積上不變；n張透鏡片，每一張上有所述小透鏡陣列，從所述第一透鏡片射出的光束照射在其上，所述n張透鏡片的每一張透鏡片的節(jié)距在該透鏡片的整個(gè)面積上不變；位移信息獲得裝置，用來(lái)獲得關(guān)于所述第一透鏡片或n張透鏡片中任何一張透鏡片的位移和移動(dòng)方向的信息，所述信息按照在所述第n透鏡片處第n折射光束的組合獲得，所述第n折射光束從在所述第一透鏡片處生成的折射光束生成，所述信息按照由所述第n折射光束生成的所述變動(dòng)圖樣獲得。
2.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述光源由LED或半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述位移信息獲得裝置按照由所述第n折射光束生成的明暗圖樣獲得所述信息。
4.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述第一透鏡片與所述n張透鏡片中的每一張透鏡片互相平行。
5.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述由玻璃或透明合成塑料制成的透鏡片的厚度均勻。
6.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個(gè)表面上有凸面，其相反表面為平面。
7.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡有一凹面。
8.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡呈柱面。
9.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由其正面上所述多個(gè)密集曲線透鏡樣凸起構(gòu)成，每一透鏡樣凸起在一與所述正及反面垂直的軸線上突出，所述透鏡片的相反第二表面為平面。
10.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一衍射透鏡片，包括一基片表面上的多個(gè)透明或不透明材料條紋，這些條紋所成圖樣衍射該光束。
11.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一全息陣列，光束穿過(guò)后生成該形狀的一圖象陣列。
12.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片的兩面上涂有光強(qiáng)化涂層。
13.按權(quán)利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述n張透鏡片可為按權(quán)利要求6-11所述任何所述透鏡片的組合。
14.一種光編碼器，包括一發(fā)出一光束的光源；具有所述小透鏡陣列的第一透鏡片，所述光源發(fā)出的所述光束照射在其上，所述第一透鏡片的節(jié)距在該第一透鏡片的整個(gè)面積上不變；具有所述小透鏡陣列的第二透鏡片，從所述第一透鏡片射出的所述光束照射在其上，所述第二透鏡片的節(jié)距在該第二透鏡片的整個(gè)面積上不變；以及位移信息獲得裝置，用來(lái)獲得關(guān)于所述第一透鏡片或所述第二透鏡片的位移和移動(dòng)方向的信息，所述信息按照在所述第二透鏡片處兩次折射光束的組合獲得，所述兩次折射光束從在所述第一透鏡片處生成的折射光束生成，所述信息按照由所述兩次折射光束生成的所述變動(dòng)圖樣獲得。
15.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述由玻璃或透明合成塑料材料制成的透鏡片的厚度均勻。
16.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第一透鏡片與每個(gè)所述第二透鏡片互相平行。
17.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述位移信息獲得裝置按照由所述兩次折射光束形成的明暗圖樣獲得所述信息。
18.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個(gè)表面上有凸面，其相反表面為平面。
19.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡有一凹面。
20.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡呈柱面。
21.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由其正面上所述多個(gè)密集曲線透鏡樣凸起構(gòu)成，每一透鏡樣凸起在一與所述正及反面垂直的軸線上突出，所述透鏡片的相反第二表面為平面。
22.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一衍射透鏡片，包括一基片表面上的多個(gè)透明或不透明材料條紋，這些條紋所成圖樣衍射該光束。
23.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一全息陣列，光束穿過(guò)后生成該形狀的一圖象陣列。
24.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片的兩面上涂有光強(qiáng)化涂層。
25.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第一和第二透鏡片可為按權(quán)利要求18-23所述任何所述透鏡片的組合。
26.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第二透鏡片用一球透鏡或柱面透鏡替代。
27.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第一與第二透鏡片之一作相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，使得所述光編碼器成為一線性編碼器。
28.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第一透鏡片和所述第二透鏡片之一做成圓柱形，使得所述光編碼器成為一轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器。
29.按權(quán)利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述第一透鏡片和所述第二透鏡片之一做成圓環(huán)形，使得所述光編碼器成為一轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器。
30.按權(quán)利要求23所述的光編碼器，其特征在于，一所述傳感器響應(yīng)圖樣識(shí)別，生成表示上下左右4個(gè)方向和第一或第二透鏡片的位移的輸出。
31.一種光編碼器，包括一發(fā)出一光束的光源；具有所述小透鏡陣列的第一和第二透鏡片，從所述光源發(fā)出的所述光束穿過(guò)這兩張平行的透鏡片，其中一張透鏡片的小透鏡與另一張透鏡片的小透鏡垂直；具有所述小透鏡陣列的第三透鏡片，從所述第一和第二透鏡片射出的光束照射在其上，該第三透鏡片與第一和第二透鏡片平行，第一透鏡片的小透鏡與第三透鏡片平行；具有所述小透鏡陣列的第四透鏡片，從所述第一和第二透鏡片射出的光束照射在其上，該第四透鏡片與第一和第二透鏡片平行，第二透鏡片的小透鏡與第四透鏡片平行；用來(lái)獲得關(guān)于所述第一和第三透鏡片之一的位移和移動(dòng)方向的信息的第一位移信息獲得裝置，所述信息按照所述第三透鏡片處兩次折射光束的組合獲得，所述兩次折射光束從所述第一透鏡片處生成的折射光束生成，所述信息按照由所述兩次折射光束形成的所述變動(dòng)圖樣獲得；以及用來(lái)獲得關(guān)于所述第二和第四透鏡片之一的位移和移動(dòng)方向的信息的第二位移信息獲得裝置，所述信息按照所述第四透鏡片處兩次折射光束的組合獲得，所述兩次折射光束從所述第一透鏡片處生成的折射光束生成，所述信息按照由所述兩次折射光束形成的所述變動(dòng)圖樣獲得。
32.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述第一透鏡片和所述第一、第二、第三和第四透鏡片中的每一個(gè)互相平行。
33.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述由玻璃或透明合成塑料材料制成的透鏡片的厚度和節(jié)距均勻。
34.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個(gè)表面上有凸面，其相反表面為平面。
35.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡有一凹面。
36.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡呈柱面。
37.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一衍射透鏡片，包括一基片表面上的多個(gè)透明或不透明材料條紋，這些條紋所成圖樣衍射該光束。
38.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一全息陣列，光束穿過(guò)后生成該形狀的一圖象陣列。
39.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片的兩面上涂有光強(qiáng)化涂層。
40.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四透鏡片可為按權(quán)利要求34-38所述任何所述透鏡片的組合。
41.按權(quán)利要求32所述的光編碼器，其特征在于，其小透鏡陣列互相垂直的所述第一和第二透鏡片呈圓柱形，使得所述光編碼器成為一兩維轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器。
42.按權(quán)利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個(gè)表面上有凸面，其相反表面為平面。
43.按權(quán)利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡有一凹面。
44.按權(quán)利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個(gè)密集的線性小透鏡陣列構(gòu)成，所述各小透鏡呈柱面。
45.按權(quán)利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一衍射透鏡片，包括一基片表面上的多個(gè)透明或不透明材料條紋，這些條紋所成圖樣衍射該光束。
46.按權(quán)利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片為一全息陣列，光束穿過(guò)后生成該形狀的一圖象陣列。
全文摘要
一種光編碼器,包括一發(fā)出一光束的光源(12)、受該光束照射的第一小透鏡陣列(14)、受從第一小透鏡陣列射出的光束照射的第二活動(dòng)小透鏡陣列(16)以及一光接收件(18)。第一和第二小透鏡陣列中的小透鏡把該光束折射成周期圖樣或明暗條紋的細(xì)光束。當(dāng)該活動(dòng)透鏡陣列在與第一小透鏡陣列平行的方向上移動(dòng)時(shí),從第一小透鏡陣列照射到第二小透鏡陣列上的光束的入射角改變,從而造成該周期圖樣的位置改變。因此,光接收件的輸出隨周期圖樣的位置改變而改變,該輸出可很容易轉(zhuǎn)換成一表示該活動(dòng)透鏡陣列的位置和方向的數(shù)字信號(hào)。
文檔編號(hào)G01D5/347GK1282416SQ98812460
公開(kāi)日2001年1月31日 申請(qǐng)日期1998年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月20日
發(fā)明者帕特辛·豪 申請(qǐng)人:帕特辛·豪