[发明专利]一种斑点图像相关的光学位置传感器

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中至少一个强度图形特征为至少一个下列特征：强度图形的扩大系数、在平行于至少一个期望相对运动轴方向上的强度图形的平移、在不平行于至少一个期望相对运动轴方向上的强度图形的平移、强度图形的旋转、以及强度图形的图形构象中的变化。

3.根据在前任一项权利要求中所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中至少一个光学元件设置限制孔径，该孔径能决定图像检测器所接收的散射光。

4.根据在前任一项权利要求中所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中至少一个光学元件包括针孔孔径以控制穿过光学漫射表面到达图像检测器的散射光。

5.根据权利要求4所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中至少一个光学元件进一步包括设置在光学漫射表面与针孔孔径之间的放大透镜。

6.根据权利要求4或5所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中放大透镜设置在距离针孔孔径的固定距离F处，其中F等于透镜焦距。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中针孔孔径设置在距离图像检测器的固定距离d处。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中孔径平面中针孔孔径沿第一期望相对运动轴的尺寸W范围为λ(d/P)＞W＞λ(d/20P)，

其中：

λ为相干光源的波长；以及

P为阵列象元沿第一方向的预定间隔。

9.根据权利要求8所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中针孔孔径的尺寸W范围为λ(d/2P)＞W＞λ(d/6P)。

10.根据权利要求4～9中任一项所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中在孔径平面上针孔孔径以尺寸K和垂直于第一期望相对运动轴为特征，在孔径平面上它以尺寸W和沿第一期望相对运动轴为特征，选择尺寸K和W以满足关系(1/10)W＜K＜W。

11.根据权利要求10所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中选择尺寸K和W，使其满足关系(1/8)W＜K＜(1/2)W。

12.根据在前任一项权利要求所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中在垂直于光学漫射表面被照射部分的方向上限制孔径的尺寸对光学漫射表面与光源和图像检测器中至少一个之间的间距不敏感。

13.根据权利要求3或12所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中至少一个光学元件至少包括聚集光束的准直透镜，限制孔径决定了光学漫射表面被照射部分的尺寸。

14.根据在前任一项权利要求所述的斑点图像相关的光学位置传感器，其中光源、图像检测器、以及至少一个光学元件可这样设置：当读出头以规定方向相对于光学漫射表面设置时，图像检测器能接到平面的散射光，其中该平面垂直于光学漫射表面并垂直于至少一个期望相对运动轴设置。