光编码器的照射部分的制作方法
【技术领域】
[0001]总体上，本申请涉及精确测量仪器，更具体地，本申请涉及光位移编码器。
【背景技术】
[0002]各种光位移编码器已为人们所熟悉，它们使用了具有光设置的读写头，所述光设置把刻度图案成像于读写头中的光检测器设置。刻度图案的图像与刻度构件串联位移，并且使用光检测器设置检测所位移的刻度图案图像的移动或位置。为了检测包含刻度光栅的刻度构件的位移，光编码器可以利用自成像设置。Cowley, J.M.和A.F.Moodie的论文“Fourier Images: 1-The Point Source”(1957 年，Proc.Phys.Soc.B, 70，486)中描述了自成像图像(也称为Talbot图像)的基本原理，将这一论文的全部内容并入此处，以作参考。专利号为7，608，813的美国专利(’813专利)中公开了利用自成像的示范性光编码器，将全部内容并入此处，以作参考。类似的编码器可能会利用根据Lau效应原理、按2或3个光栅编码器设置生成的自成像图像。Crespo等人的论文“Optical Encoder Based on theLau Effect”(2000年3月，Opt.Eng.39(3)，817-824)中公开了一个实例。其它的光编码器可能会利用moir6成像技术。申请号为US20130161499A1的美国专利申请中公开了利用moire成像技术的示范性光编码器，将这一专利的全部内容并入此处，以作参考。
[0003]诸如’813专利中所公开的典型的编码器配置依赖于具有固定节距的照射光栅，因而不能够针对照射光栅不同节距利用可互换照射部分部件。在各种编码器配置中，人们希望提供一种能够以高性价比制造的、并且具有简单和可交换部件的紧致的读写头。
【发明内容】
[0004]公开了一种光编码器的照射部分。所述光编码器包含照射部分、沿测量轴方向延伸以及被配置为从照射部分接收光的刻度光栅、以及被配置为从刻度光栅接收光的检测器配置。所述照射部分包含可寻址光源阵列。可寻址光源阵列包含沿测量轴方向设置的各个(individual)源。可寻址光源阵列配置为提供各个源的至少第一和第二可寻址集合。
[0005]在各种实施例中，提供了用于提供第一和第二光位置编码器的方法。所述方法包含:提供第一光编码器，其包含沿测量轴方向延伸的第一刻度光栅、检测器配置、以及第一照射部分配置的第一实例，所述第一实例包含可寻址光源阵列，可寻址光源阵列包含沿测量轴方向设置的各个源，并且将可寻址光源阵列配置为至少提供各个源的第一可寻址集合和第二可寻址集合；提供第二光编码器，其包含与第一刻度光栅不同的第二刻度光栅、检测器配置、以及第一照射部分配置的第二实例；并且使用第一光编码器中各个源的第一可寻址集合操作第一照射部分配置的第一实例以照射第一刻度光栅，以及使用第二光编码器中各个源的第二可寻址集合操作第一照射部分配置的第二实例以照射第二刻度光栅。
[0006]在各种实施例中，提供了操作光位置编码器的方法。所述方法包含:提供光编码器，所述光编码器包含沿测量轴方向延伸的刻度光栅、检测器配置、以及包含可寻址光源阵列的照射部分，其中，所述可寻址光源阵列包含沿测量轴方向设置的各个源，并且将其配置为至少提供各个源的第一可寻址集合和第二可寻址集合；以及使用包括不足整个可寻址光源阵列的各个源的操作集合来操作照射部分，以照射刻度光栅。
【附图说明】
[0007]当与附图相结合时，通过参照以下的详细描述，上述各方面以及诸多伴随优点将变得更加易于察觉，因为将能对它们更好地加以理解，其中:
[0008]图1为现有技术光自成像编码器配置的部分示意性分解图；
[0009]图2为光自成像编码器配置的部分示意性分解图；
[0010]图3A?3C为光编码器的照射部分的实施例的图；
[0011]图4为光编码器的照射部分的实施例的图；
[0012]图5为光编码器的照射部分的实施例的图；
[0013]图6A?6C为光编码器的照射部分的实施例的图；
[0014]图7为用于操作光编码器的方法的流程图；以及
[0015]图8为用于操作光编码器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]图1为现有技术的光自成像编码器配置100的部分示意性分解图。编码器配置100的某些方面类似于’ 813专利中所描述的编码器配置，并且可以用类推法加以了解。如图1中所示，编码器配置100包括刻度光栅110、照射部分160以及检测器配置125。照射部分160包含光源130、透镜140以及照射光栅150。把刻度光栅110与照射部分160分隔一段源间隙距离Zs。把检测器配置125与刻度光栅110分隔一段距离Zi。在某些实施例中，光源130为LED。
[0017]根据此处所使用的约定，图1描述了正交的X、Y、以及Z方向。X和Y方向平行于刻度光栅110的平面，其中，X方向平行于预期的测量轴方向MA 82(例如，垂直于刻度光栅110的拉长的图案元件)。Z方向为刻度光栅110的平面的法向。
[0018]在操作中，在足以照射刻度光栅110的光束区上，从光源130发射的光与透镜140部分或者全部地准直。光131穿过照射光栅150的光栅结构，以在光栅开口处提供部分相干照射源的阵列，根据已知自成像照射原理选择这一阵列照射刻度光栅110。当照射刻度光栅110时，其输出作为至检测器配置125的刻度光132的空间调制的光图案(例如，在某些实施例中，为来自衍射序列的干扰条纹光)。根据已知的方法配置刻度光栅110，以使若干衍射序列互相作用，以在检测器配置125的平面上产生自图像(例如，Talbot图像或者Fresnel 图像)。
[0019]在各种应用中，可以按互相相对的固定关系，例如，在读写头中或者在量规外壳(未在图中加以显示)中安装检测器配置125和照射部分160，并且根据已知的技术，通过轴承系统沿测量轴相对刻度光栅110引导检测器配置125和照射部分160。在各种应用中，可以把刻度光栅110附接于移动平台或者量规轴。图1所示的配置是透射性配置。刻度光栅110包含光阻挡部分和通过透射把空间调制的光图案输出于检测器轨迹的光透射部分(例如，使用已知的薄膜图案形成技术等在透明基片上制造)。应该意识到，可以在反射实施例中设置类似的部件，其中，在刻度光栅110的同一侧设置照射部分160和检测器配置125，而且，如果需要的话，根据已知的技术针对倾斜照射和反射对它们加以定位。
[0020]应该意识到，在Lau效应编码器配置中可以利用编码器配置100。在某些并入了Lau效应编码器配置的实施例中，可以取消透镜140，因为这样的配置不要求高度准直的光源。
[0021]图2为光自成像编码器配置200的部分示意性分解图。标记数字2XX的编码器配置200的元件与图1中标记数字IXX的元件类似或者相同，并且可以用类推法加以了解。如图2中所示，编码器配置200包括刻度光栅210、照射部分260以及检测器配置225。照射部分260包含可寻址光源阵列265。可寻址光源阵列265包括沿测量轴方向82布置的各个源265η。在某些实施例中，各个源265η可以为LED源。刻度光栅210沿测量轴方向82延伸，而且将其设置为从照射部分260接收光231。刻度光栅包含刻度节距PSF。把刻度光栅210与照射部分260分隔一段源间隙距离Zs。把检测器配置225与刻度光栅210分隔一段距离Zi，并且将其设置为从刻度光栅210接收光232。检测器配置225包含根据相应于空间调制的光232的节距的检测器节距Pd所设置的检测器部分226η。光编码器配置200不包括可寻址光源阵列265和刻度光栅210之间的光阻挡元件。
[0022]如将在图3Α?3C、4、5以及6A?6C中所示的，在各种实施例中，可寻址光源阵列265至少包含各个源265η的第一可寻址集合和第二可寻址集合。
[0023]在某些实施例中，各个源265η可以包括配置有沿横穿测量轴方向的方向拉长并具有沿测量轴方向的短尺寸的条形的LED、以及接近LED的基底的反射元件。爱尔兰科克的InfiniLED制造了可适合于照射部分260的示范性的各个源。应该意识到，各个源265η中的每一个可以为连续的条状源，也可以使用条状区域中所设置的点源(例如，微LED)加以构造。
[0024]尽管自成像编码器配置200为透射型编码器配置，然而应该意识到，可以适当地适配照射部分260为反射型编码器配置。另外，也可以适当地适配照射部分260为m0ir6成像型编码器配置，例如，申请号为US20130161499A1的美国专利申请中所公开的。