一种斑点图像相关的光学位置传感器

摘要

斑点读出头包括向光学粗糙表面发出光的光源。从该表面散射的光包含斑点。散射光在图像检测器上成象,并被捕获和存储。接着,捕获并存储第二图像。在位移方向上以不同偏移反复地比较这两个图像。具有最高值的比较表示两次取象间产生的读出头与表面之间的位移量。读出头的光学系统包括透镜和孔径。孔径可以为圆形,选择其直径使斑点的平均尺寸约等于或大于图像检测器元件的尺寸。垂直于位移方向的方向上的孔径尺寸可以减小。由此,该方向上成象的斑点将大于该方向上图像检测器元件的尺寸。这样的读出头对横向偏移不敏感。透镜可以是柱形透镜,该透镜能放大位移方向上的相对运动,但不会放大垂直于位移方向的方向上的相对运动。光学系统也可以是远心的。由此,读出头对读出头与表面之间的相对运动和间距不敏感。调整光源以避免斑点在图像检测器上产生的拖尾。可选通光源以稳定图像。

主权项

1.一种斑点图像相关的光学位置传感器读出头，当读出头相对于标尺部件沿至少一个期望相对运动轴运动时，它能测量相对于具有光学漫射表面并沿该至少一个期望相对运动轴延伸的部件的位移，读出头包括：相干光源，它发出光束照射光学漫射表面的一部分，光学漫射表面的被照射部分反射光，图像检测器，它能接收从光学漫射表面那部分散射的光，该检测器包括象元阵列，该象元对散射光敏感，阵列的象元沿至少第一阵列方向被分隔开，沿第一方向以预定间隔分隔象元，光学系统，它包括至少一个光学元件，光学系统将至少一部分散射光发射到图像检测器上，以及与图像检测器相接的光检测器接口电路；其中：从光学漫射表面的那部分散射的光在象元阵列上产生基于光学漫射表面被照射部分的强度图形，光学漫射表面的被照射部分取决于光学漫射表面与读出头的相对位置；以及光学系统的至少一个象元设置成能消除强度图形特征中的至少一个变化，该变化是由于光学漫射表面与不沿至少一个期望相对运动轴的读出头之间的相对运动产生的。