本發明專利技術提供了一種位移傳感器構造，該位移傳感器構造包括設置在第一方向上的標尺光柵；以及標尺光成像構造，包括第一和第二光路以及包含第一和第二檢測器部分的檢測器。成像部分沿第一光路輸入由標尺光柵輸出的第一標尺光分量，并向第一檢測器部分傳輸第一標尺光分量，成像部分沿第二光路輸入由標尺光柵輸出的第二標尺光分量，并向第二檢測器部分傳輸第二標尺光分量，第一檢測器部分配置為輸出指示沿第一方向的位移的第一位移信號，第二檢測器部分配置為輸出指示沿與第一方向垂直的第二方向的位移的第二位移信號。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及ー種位移傳感器構造，更具體地，涉及ー種光學地檢測標尺光成像構造(scale light imaging configuration)相對于標尺光柵(scale grating)的位移的位移傳感器構造。
技術介紹
已經公開了ー種編碼器，其光學地檢測標尺光成像構造相對于ー維標尺光柵的ニ維位移(參見美國專利第7，601，947號)。然而，該編碼器結構非常復雜
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是提供ー種具有較簡單結構的位移傳感器構造，其能夠檢測標尺光成像構造相對于ー維標尺光柵的ニ維位移。根據本專利技術的ー個方面，提供ー種位移傳感器構造，該位移傳感器構造包括標尺光柵,包括設置在第一方向上的光柵條，姆個光柵條在基本上垂直于第一方向的第二方向上延伸，且標尺光柵限定對應于衍射級角組的衍射面組，該衍射級角組與垂直入射到標尺光柵上的平面波相對應；以及標尺光成像構造，包括照明部分，配置為向標尺光柵提供照射光，且平面波和照射光具有相同的波長；成像構造，包括第一光路和第二光路；以及檢測器，包括第一檢測器部分和第二檢測器部分，其中位移傳感器構造配置為從標尺光柵輸出第一標尺光分量到成像構造，并且配置為沿著第一光路輸出第一標尺光分量到第一檢測器部分，位移傳感器構造配置為從標尺光柵輸出第二標尺光分量到成像構造，并且配置為沿著第二光路輸出第二標尺光分量到第二檢測器部分，而且在標尺光柵附近，第二光路相對于與標尺光柵垂直的方向以ー角度傾斜，該角度定義在包括垂直于標尺光柵的方向和第一方向的平面中，第一檢測器部分配置為接收沿著第一光路傳輸的第一標尺光分量并輸出第一位移信號，該第一位移信號至少包括第一信號分量，該第一信號分量指示標尺光成像構造相對于標尺光柵沿著第一方向的位移，并且第二檢測器部分配置為接收沿著第二光路傳輸的第二標尺光分量并輸出第二位移信號，該第二位移信號包括第一信號分量和第二信號分量，該第二信號分量指示標尺光成像構造相對于標尺光柵沿著第三方向的位移，第三方向垂直于第一方向和第二方向。附圖說明下面基于以下附圖詳細描述本專利技術的示例性實施例，其中圖I是用于解釋根據本專利技術第一實施例的位移傳感器的示意透視圖2是用于解釋根據本專利技術第一實施例的位移傳感器的示意縱視圖；圖3是用于解釋根據本專利技術第一實施例的位移傳感器檢測器部分的示意圖；圖4是用于解釋根據本專利技術第二實施例的位移傳感器的示意透視圖；以及圖5是用于解釋根據本專利技術第三實施例的位移傳感器的示意縱視圖。具體實施例方式(第一實施例) 參見圖I和2，根據第一實施例的位移傳感器100包括標尺光柵110和標尺光成像構造120。標尺光柵110包括沿著X方向設置且周期為Pse的光柵條(grating bar)118，在一些實施例中Pse為I ym。每個光柵條118沿著與X方向垂直的Y方向延伸。標尺光柵限定分別對應于ー組衍射級角(diffractive order angle) θ I、Θ2和θ 3的一組衍射面(diffraction plane) 111、112和113,該組衍射級角與垂直入射到標尺光柵110上的平面波相對應。在該實施例中，Θ 1=0度，并且Θ2 = -Θ3。衍射面111垂直于X方向，并且衍射面112和113相對于衍射面111對稱。在該實施例中，標尺光柵110為透射式標尺光柵，然而也可以用反射式標尺光柵。標尺光成像構造120包括照明部分160、成像構造190和檢測器200。照明部分160向標尺光柵Iio提供照射光束133。照明部分160包括光源130、透鏡140、光柵150A和光柵150B。在一些實施例中光源130產生包括O. 650 μ m波長的光束131。透鏡140將光束131轉換為入射到光柵150A的準直光束132。光柵150A具有周期為Psplit的光柵條并且光柵150B具有周期為Pcomb的光柵條。在一些實施例中，周期Psplit為O. 976 μ m并且周期Pcomb為O. 500 μ m。在可選實施例中，周期Psplit為1.026微米。應當注意的是，這些值是示例性的而非作為限制。光柵150A和光柵150B產生照射光束133，其包括來自于準直光束132的照射光分量A和照射光分量B。照射光分量A相對于衍射面113以偏移角DAA而布置。照射光分量B相對于衍射面112以偏移角DAB而設置。此外,在一些實施例中，光柵150A和光柵150B產生照射光分量A’和照射光分量B’，它們中的每個相對于衍射面113和衍射面112以偏移角DAA和DBB而設置。照射光分量A’和照射光分量B’來源于光柵150A和光柵150B的相對于照射光分量A和照射光分量B產生的部分沿Y軸方向偏離的部分。光柵150A和光柵150B中的每個包括相柵，其配置為抑制來自于照射光132的零級光輸出，并由此抑制平行干與X方向垂直的平面的照射光分量，使得沒有照射光分量平行于該平面。照射光分量A、A’、B和B’相對于衍射面111、112和113的布置是照明部分160的關鍵特征。照明部分160的可選實施例可以采用單光柵，只要該光柵具有節距值使得能提供照射光分量A、A’、B和B’在照射光束133中的類似布置，并且照射光分量A、A’、B和B’疊加在標尺光柵110上的大于被成像構造190所成像的區域的整個區域從而滿足檢測器200的光探測器。應當注意的是，照明部分160是示例性的而非作為限制。可以使用提供這樣的照射光133的任何照明部分，該照射光133包括按照此處描述的而布置且彼此相干的照射光分量A和照射光分量B。照射光分量A通過標尺光柵110衍射以產生標尺光分量0 認、標尺光分量0 2八和標尺光分量0P3A。標尺光分量OPlA來源于照射光分量A并且被標尺光柵110基本上沿衍射面111輸出，使得標尺光分量OPlA相應于偏移角DAA以角度Θ OPlA偏離于衍射面111。標尺光分量0P2A來源于照射光分量A并且被標尺光柵110大體上沿衍射面112輸出，使得標尺光分量0P2A相應于偏移角DAA以角度θ 0P2A偏離于衍射面112。標尺光分量0P3A來源于照射光分量A并且被標尺光柵110基本上沿衍射面113輸出，使得標尺光分量0P3A相應于偏移角DAA以角度θ 0P3A偏離于衍射面113。照射光分量B通過標尺光柵110衍射以產生標尺光分量0 113、標尺光分量0 213和標尺光分量0P3B。標尺光分量OPlB來源于照射光分量B并且被標尺光柵110大體上沿衍射面111輸出，使得標尺光分量OPlB相應于偏移角DAB以角度Θ OPlB偏離于衍射面111。標尺光分量0P2B來源于照射光分量B并且被標尺光柵110基本上沿衍射面112輸出，使得標尺光分量0P2B相應于偏移角DAB以角度θ 0P2B偏離于衍射面112。標尺光分量0P3B來源于照射光分量B并且被標尺光柵110基本上沿衍射面113輸出，使得標尺光分量0P3B相應于偏移角DAB以角度θ 0P3B偏離于衍射面113。 衍射面113、111和112相對于照射光分量A的衍射級分別為0、1和2。衍射面113、111和112相對于照射光分量B的衍射級分別為-2、-I和O。衍射面111和112的衍射級彼此相差I。衍射面111和113的衍射級彼此相差I。衍射面112和113的衍射級彼此相差2。然而本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種位移傳感器構造(100、300、400)，包括：標尺光柵(110)，包括設置在第一方向(X)上的光柵條(118)，每個所述光柵條在實質上垂直于所述第一方向的第二方向(Y)上延伸，且所述標尺光柵定義對應于衍射級角組(θ1、θ2、θ3)的衍射面組(111、112、113)，該衍射級角組與垂直入射到所述標尺光柵上的平面波相對應；以及標尺光成像構造(120)，包括：照明部分(160)，配置為向所述標尺光柵提供照射光，且所述平面波和所述照射光具有相同的波長；成像構造(190)，包括第一光路和第二光路(OP1、OP2)；以及檢測器(200)，包括第一檢測器部分和第二檢測器部分(201、202)，其中：所述位移傳感器構造配置為從所述標尺光柵輸出第一標尺光分量到所述成像構造，并且配置為沿著所述第一光路輸出所述第一標尺光分量到所述第一檢測器部分，所述位移傳感器構造配置為從所述標尺光柵輸出第二標尺光分量到所述成像構造，并且配置為沿著所述第二光路輸出所述第二標尺光分量到所述第二檢測器部分，而且在所述標尺光柵附近，所述第二光路相對于與所述標尺光柵垂直的方向以一角度傾斜，該角度定義在包括垂直于所述標尺光柵的所述方向和所述第一方向的平面中，所述第一檢測器部分配置為接收沿著所述第一光路傳輸的所述第一標尺光分量并輸出第一位移信號，該第一位移信號至少包括第一信號分量，該第一信號分量指示所述標尺光成像構造相對于所述標尺光柵沿著所述第一方向的位移，并且所述第二檢測器部分配置為接收沿著所述第二光路傳輸的所述第二標尺光分量并輸出第二位移信號，該第二位移信號包括所述第一信號分量和第二信號分量，該第二信號分量指示所述標尺光成像構造相對于所述標尺光柵沿著第三方向(Z)的位移，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。...
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：J·D·托拜厄森，
申請(專利權)人：株式會社三豐，
類型：發明
國別省市：
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