使用光纤接收器通道的绝对位置小型光栅编码器读头

摘要

本发明公开了一种绝对位置光纤编码器读头，它具有多个读头部分，用于检测标尺的相应标尺光栅轨道的位移。所述读头部分的检测器通道是具有相应的相位光栅掩模的光纤检测器通道。所述光纤编码器读头部分被配置来检测所述标尺的相应标尺光栅轨道的自成像的位移。在各种示范实施例中，按照提供较高信号噪声比的各种设计关系来构造所述光纤读头部分。因此，可以实现高级的位移信号内插，以允许亚微米位移测量。可以以特别准确和经济的方式来组装所述光纤编码器读头部分，并且可以在1-2毫米级的尺寸来以组件(package)提供所述光纤编码器读头部分，导致依赖于被并入的读头部分的数量的整体绝对读头尺寸很小。可以在所述读头中提供承载从标尺代码轨道得到的二进制光信号的光纤接收器通道，以提供扩展的绝对测量范围。

主权项

1.一种绝对测量器件，用于测量两个元件之间的相对位置，所述器件包括：标尺，至少具有沿着相应的第一和第二轨道的第一和第二标尺光栅，所述相应的第一和第二轨道沿着测量轴方向，每个标尺光栅具有相应的光栅间距；和读头，至少包括第一和第二自成像读头部分，每个可用于提供标尺光栅的相应一个的可操作自成像，每个相应的自成像读头部分包括：光源部分，至少包括一个相应的光源元件；和多个光纤接收器通道，每个相应的光纤接收器通道包括：相应的接收器通道空间相位掩模部分，具有相应的掩模部分空间相位，并且具有以一个间距排列的光阻挡元件，所述间距可操作用于空间地过滤标尺光栅的相应一个的可操作自成像，所述相应的接收器通道空间相位掩模部分位于相应的空间相位掩模平面上，所述相应的空间相位掩模平面可操作用于空间地过滤标尺光栅的相应一个的可操作自成像；和至少一个相应的接收器通道光纤，具有一个输入端，用于接收相应的接收器通道光信号光；其中：对于每个相应的接收器通道，由至少一个相应的接收器通道光纤接收的相应的接收器通道光信号光包括通过在相应的集光区域上的、相应的接收器通道空间相位掩模部分收集的光，所述相应的集光区域具有沿着测量轴方向的集光区域尺寸，所述集光区域尺寸是所述相应的接收器通道空间相位掩模部分的至少一个全周期；对于每个相应的自成像读头部分：当读头可操作地相对于标尺光栅定位时，那个相应的自成像读头部分的多个光纤接收器通道的至少第一和第二相应通道过滤在相应的空间相位掩模平面上的标尺光栅的相应一个的可操作自成像的它们的相应部分，以提供具有至少第一和第二相应光信号相位的至少第一和第二相应接收器通道光信号；具有相应的光信号相位的所述至少第一和第二相应通道光信号沿着它们相应的光纤输出，以提供多个相应光输出信号的形式的相对位移测量信息，相应的光输出信号是从空间地过滤的标尺光产生的；和其中所述至少第一和第二相应接收器通道光信号可用于确定对于那个相应的自成像读头部分和标尺光栅的相应一个的、相应的精细分辨率的增量位置测量；在所述精细分辨率的增量位置测量的至少第一对之间的至少一个第一关系具有在比与所述精细分辨率的增量位置测量的至少第一对对应的、相应光栅间距中的任何一个大的相应第一关系波长上的、沿着测量轴方向的每个位置上的唯一值，以便可以根据沿着测量轴方向的每个位置上的所述唯一值在第一关系波长上确定至少一个第一粗分辨率绝对位置测量；和至少所述第一粗分辨率绝对位置测量可与至少一个精细分辨率增量位置测量组合，以提供在第一关系波长的至少第一部分上的精细分辨率绝对位置测量。