專利名稱：具有至少一張透鏡片的光編碼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來測量一活動部件位移的光編碼器，例如轉軸角度光編碼器或位置傳感器。
背景技術：
公知有各種光編碼器用來判定一物體的位置和運動。圖1例示出德國專利申請(DE A1)No.2，316，248公開的一光編碼器。該光編碼器包括一光源200、一準直從該光源200發出的光束的透鏡202、第一固定衍射光柵204和第二活動衍射光柵206、一聚光透鏡208和光接收件210、212和214。光源200經準直后照射到第一固定衍射光柵204上，然后照射到第二活動衍射光柵206上。當活動衍射光柵206在箭頭R所示方向上移動時，干擾條紋經聚光透鏡208在光接收件210、212和214上移動，使得光接收件210、212和214接收的光的數量以正弦波變動。因此，如果活動衍射光柵206移動光柵的一個節距，光接收件210、212和214的輸出就變動正弦波的一個周期。傳感該變動，就可確定活動衍射光柵206的位移量。
圖2所示另一種典型的光編碼器使用轉軸編碼器300，包括一編碼輪302，該編碼輪中有多個光闌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在它們之間轉動，生成由光傳感器308接收的一連串光脈沖，用這些脈沖即可測量編碼軸300的位移。
盡管這一現有技術的工作是否良好決定于該測量裝置和所需精度，但使用衍射光柵的光編碼器較之編碼輪的分辨率高，不過制造成本也高，設計較復雜。但是，成本低、結構簡單的編碼輪的分辨率無法滿足某些裝置的要求，因為編碼輪中的光闌數有一上限。
因此需要提供一種分辨率高、制造成本低、結構簡單的光編碼器裝置。
本發明概述本發明的主要目的是提供一種消除上述缺點的光編碼器。
本發明的另一個目的是提供一種無需使用準直透鏡的簡單光編碼器。
本發明的另一個目的是提供一種光編碼器，其部件容易制造。
本發明的另一個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光表面的光源。
本發明的另一個目的是提供一種兩維光編碼器。
本發明的另一個目的是提供一種可用于一很大表面積上的光編碼器。
按照本發明的一個方面，一光編碼器包括一發出一光束的光源；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。當該光束穿過第一和第二小透鏡陣列時，各小透鏡使該光束成為周期圖樣或明暗條紋的細光束，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。
本發明的另一特征是，可十分經濟地制造大尺寸小透鏡陣列。因此本發明對要求光編碼器具有大表面積的應用場合十分理想。這種應用的一個例子是光筆或鼠標。
按照本發明的另一個方面，一光編碼器包括一發出一光束的光源；受該光束照射的一活動透鏡陣列。該光束穿過各小透鏡，這些小透鏡使該光束成為周期圖樣的細光束；當該透鏡陣列被移動時檢測該光圖樣并測量輸出信號的裝置。
同樣，通過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。
從下面結合附圖對一優選實施例的詳細說明中可清楚看出本發明的上述和其他目的、特征和優點。
圖1-2示出現有光編碼器；圖3示出本發明光編碼器第一實施例；圖4為沿圖3中R-R線剖取的剖面圖；圖4A-C詳細說明圖3所示第一實施例的工作情況；圖5示出當活動小透鏡陣列的位置移動時光接收件所接收的光的數量；圖7示出本發明工作原理；圖8、9-9D示出圖3所示第一實施例的各種修改；圖10示出本發明一轉動光編碼器；
圖11示出本發明一轉動光編碼器；圖12示出本發明兩維光編碼器的第二實施例；圖13為本發明兩維光編碼器第二實施例的一種修改。
對優選實施例的詳細說明下面結合示出本發明光編碼器第一實施例的圖3詳細說明本發明。
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。
為了了解本發明第一實施例的工作情況，參見圖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。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構成。在本發明該第一實施例中的特別表示中，小透鏡為薄透鏡，因為透鏡寬度W遠遠大于透鏡厚度。但是，應該看到，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雜的光學系統和成象元件，例如全息和其他衍射透鏡。圖4A使用傍軸光學示出本發明第一實施例的工作原理。傍軸光學用來確定光束20受小透鏡陣列14和16折射后的折射角和大小。傍軸數量在選定坐標系中提供關于理想成象信息的信息。從下文可見，傍軸數量用作光線在該光學系統中的實際光路的基礎。一穿過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 該方程簡化為 這等同于代數方程I=y′ (1.6)B=-y′／f+α (1.3)從方程1.5和1.6可清楚看出，對于α角為正的入射光線，如果y′為負，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，則入射光線向光軸Z折射。把這些方程應用于圖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A，y′為負，方程1.4表明入射光線20a折射后偏離光軸Z。接著從點A到B跟蹤光線20a，仍使用方程13和1.4，但此時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B處高度為y″的折射后光線20a的變換。在點B處，y″為負，方程1．4再次表明光線20a進一步偏離光軸Z。下面參見圖4B，把應用于入射光線20a的原理同樣應用于入射光線20b、20c和20d，可看到，在D點處，入射光線20b折射后偏離光軸Z，在點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。當在箭頭R所示方向上移動第二小透鏡陣列16時，從第一小透鏡陣列14射出的光線入射在第二活動小透鏡陣列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，結果明暗條紋的位置如圖4C所示移動。確切說，如第二活動小透鏡陣列16的移動距離相應于一小透鏡的寬度W，光接收件18的輸出大小以如圖5所示一個周期的正弦波改變。通過傳感該改變，即可確定該活動小透鏡陣列16的位移量。
此外，光線接收件18可為CCD、光檢測器、光檢測器陣列、光纖或其他用來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變成表示活動小透鏡陣列16的位置和方向的模擬或數字信號。
圖7示出本發明工作原理。穿過一透鏡或透鏡組合的任何光線可用兩個參數描述相對于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個矩陣表示M111為把一相對于光軸Z的傍軸光線轉換成一相對于透鏡L11的光軸的傍軸光線的矩陣；M112表示光學透鏡L11在圖7中點B上的第一折射面的矩陣；M113表示透鏡L11在點C與D之間的轉換矩陣；M114表示光學透鏡L11在點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，用下列表達式可得出從點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，由于小透鏡LN1…LNM的位置移動，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L11=M114M113M112M111，L21=M214M213M212M211，…LN1’=MN14MN13MN12MN11， 由該矩陣方法可使用各種計算機方法跟蹤極復雜光學系統中的光線。該方程可用來在一小透鏡陣列發生位移后跟蹤一光線和光線圖象。因此，把該方程與現代光學理論和計算機編程相結合就可設計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，用傍軸光學描述實際光線在理想的無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系統中光程的最佳方法。光線在與一表面相交前以直線傳播，在交點上其方向、一般其振幅改變后繼續前進。如果知道所有光學表面的形狀和位置并給定從某物體發出的一束光線，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和交角，再用Snell定律獲得光線折射后的新方向，如此反復，直到光線最終成象。光線跟蹤理論可見光學教材如AllenNussbaum所著“光學系統設計”和R.R.Shannon所著“光設計技術”。
作為上述工作原理的一個應用例，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、一由多個柱面透鏡組成的活動透鏡陣列28和一光接收件18。圖9所示光編碼器包括一光源12、各由多個柱面透鏡組成的第一和第二透鏡陣列28和29、一由多個雙凹透鏡組成的活動透鏡陣列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、各由多個小球面透鏡組成的第一和第二活動透鏡陣列120和122以及一光接收件18。小球面透鏡沿軸向對齊和不對齊可聚焦或折射光線，從而生成一Moire樣圖樣。該Moire樣圖樣隨第二活動陣列的移動而改變。由重疊透鏡陣列120與122生成的光學效果見美國專利No.3，357，772“用于產生光學效果的定相透鏡片″。但美國專利No.3，357，772所述透鏡片的應用和使用不同，透鏡片無法移動，而是粘在一起形成Moire樣圖樣。
對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重要。為獲得最佳結果，兩透鏡片之間的距離不得遠大于小透鏡焦距的3-4倍。我們發現，如透鏡片兩面上有透明涂層，可大大改善光學圖樣。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族胺硬化劑和表氯醇和雙酚A制品的透明環氧樹脂涂層，可獲得良好結果。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脂擠壓成形而成。除了玻璃，本發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。透鏡的制造工藝見日本專利申請公告No.Hei3-200948和Hei2-146536。由于透鏡片的制造費用低，可制成節距極細的透鏡，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。
本領域普通技術人員可使用上述原理生成一程序，該程序模擬建立與本發明相同光編碼器所需的所有條件。盡管本發明第一實施例只需要兩個小透鏡陣列，但從上述原理和例子可推知，可使用任何數量的小透鏡陣列，只要至少一個小透鏡陣列為活動陣列。此外，小透鏡的大小和形狀可不同，光學系統和成象元件可更復雜，例如全息或其他衍射透鏡，只要所組成的光學系統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成，使得入射光衍射而產生所需聚焦效果。這樣的一種衍射透鏡見H.P.Kleinknecht的美國的專利申請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。一全息圖由穿過一障板的相干光束與一基準光束之間的干擾圖樣生成。因此，具有多個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示出本發明另一實施例。該光編碼器140包括一光源12、一由多個柱面小透鏡構成的透鏡陣列141、一活動球透鏡142和一活動光接收件18。當球透鏡142和光接收件18在R所示方向上移動時，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。
盡管上述實施例由于活動小透鏡陣列16、28或30作直線移動而為線性光編碼器，但使用本發明原理也可形成轉動或球狀光編碼器。
圖10和11例示出使用上述原理的轉動編碼器。圖10轉動編碼器包括光源32、一固定小透鏡陣列34、一形成在一圓柱面上的轉動小透鏡陣列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、一形成在一環形面上的轉動小透鏡陣列35和一光接收件38。轉動小透鏡陣列33和35都圍繞一軸線X轉動。
使用上述原理的本發明的最大優點之一是可使用兩維光編碼器。現有兩維光編碼器由同一平面中互成90的兩個線性一維光編碼器組合而成。這種設計的光編碼器復雜、體積大，結果制造成本高，或者，在某些情況下無法減小體積。而圖12所示簡單的兩維光編碼器可克服上述不足。
下面結合示出本發明第二實施例的圖12詳述之。該兩維編碼器包括；一光源50；第一和第二活動小透鏡陣列51和52，這兩個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。當兩維小透鏡陣列平行于X軸移動時，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之間的入射角發生變動，因此只有由固定小透鏡陣列48生成的明暗條紋的位置發生變動。同樣，當兩維小透鏡陣列平行于Y軸移動時，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之間的入射角發生變動，因此只有由固定小透鏡陣列49生成的明暗條紋的位置發生變動。即，通過檢測這兩組明暗條紋的位置的變動，光接收件47和48生成對應電信號，用該電信號即可確定兩維小透鏡陣列在XY平面中的位移。
圖13示出一兩維轉動光編碼器，其原理與圖12第二實施例相同。該兩維轉動編碼器包括一光源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軸環行；小透鏡陣列43的小透鏡69的縱向軸線沿Y軸環行。為了生成兩維轉動編碼器，活動小透鏡陣列44和43圍繞X軸轉動的同時沿箭頭R所示方向移動。
此外，只要從圖12實施例中省略固定小透鏡陣列48和49，從圖13實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。
應該指出，盡管以上充分說明了本發明一優選實施例及其各種替代方案，但本領域普通技術人員在本發明范圍內不難作出各種符合本發明原理的替代方案和等同方案。因此本發明不受上述說明的限制，而只受權利要求的限制。
此外，在具有兩個以上小透鏡陣列的上述實施例中，這些小透鏡陣列中的任一小透鏡陣列可作為活動小透鏡陣列，而其余的小透鏡陣列作為固定小透鏡陣列。
權利要求
1.一種光編碼器，包括一發出一光束的光源；具有所述小透鏡陣列的第一透鏡片，所述光源發出的所述光束照射在其上，所述第一透鏡片的節距在該第一透鏡片的整個面積上不變；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距在該透鏡片的整個面積上不變；位移信息獲得裝置，用來獲得關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圖樣獲得。
2.按權利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述光源由LED或半導體激光器構成。
3.按權利要求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密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個表面上有凸面，其相反表面為平面。
7.按權利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡有一凹面。
8.按權利要求1所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡呈柱面。
9.按權利要求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密集曲線透鏡樣凸起構成，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，光束穿過后生成該形狀的一圖象陣列。
12.按權利要求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化涂層。
13.按權利要求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，所述光源發出的所述光束照射在其上，所述第一透鏡片的節距在該第一透鏡片的整個面積上不變；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距在該第二透鏡片的整個面積上不變；以及位移信息獲得裝置，用來獲得關于所述第一透鏡片或所述第二透鏡片的位移和移動方向的信息，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圖樣獲得。
15.按權利要求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所述第二透鏡片互相平行。
17.按權利要求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密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個表面上有凸面，其相反表面為平面。
19.按權利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡有一凹面。
20.按權利要求15所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡呈柱面。
21.按權利要求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密集曲線透鏡樣凸起構成，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，光束穿過后生成該形狀的一圖象陣列。
24.按權利要求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化涂層。
25.按權利要求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利要求18-23所述任何所述透鏡片的組合。
26.按權利要求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直線運動，使得所述光編碼器成為一線性編碼器。
28.按權利要求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動編碼器。
29.按權利要求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形，使得所述光編碼器成為一轉動編碼器。
30.按權利要求23所述的光編碼器，其特征在于，一所述傳感器響應圖樣識別，生成表示上下左右4個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，從所述光源發出的所述光束穿過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；用來獲得關于所述第一和第三透鏡片之一的位移和移動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圖樣獲得；以及用來獲得關于所述第二和第四透鏡片之一的位移和移動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圖樣獲得。
32.按權利要求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互相平行。
33.按權利要求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距均勻。
34.按權利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個表面上有凸面，其相反表面為平面。
35.按權利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡有一凹面。
36.按權利要求32所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡呈柱面。
37.按權利要求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，光束穿過后生成該形狀的一圖象陣列。
39.按權利要求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化涂層。
40.按權利要求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利要求34-38所述任何所述透鏡片的組合。
41.按權利要求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動編碼器。
42.按權利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡在該透鏡片的一個表面上有凸面，其相反表面為平面。
43.按權利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡有一凹面。
44.按權利要求41所述的光編碼器，其特征在于，所述透鏡片由所述多個密集的線性小透鏡陣列構成，所述各小透鏡呈柱面。
45.按權利要求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光束。當該活動透鏡陣列在與第一小透鏡陣列平行的方向上移動時,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,該輸出可很容易轉換成一表示該活動透鏡陣列的位置和方向的數字信號。
文檔編號G01D5/347GK1282416SQ98812460
公開日2001年1月31日 申請日期1998年10月20日 優先權日1997年10月20日
發明者帕特辛·豪 申請人:帕特辛·豪