[发明专利]提供位移信号的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造

权利要求书

1.一种用于提供位移信号的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造，至少包括第一测量通道，所述第一测量通道包括：

旋转标尺，其围绕垂直于旋转平面的旋转轴沿旋转测量方向延伸，所述旋转标尺包括旋转标尺光栅，所述旋转标尺光栅包括布置在沿所述旋转测量方向延伸的旋转表面上的标尺光栅条，其中，所述标尺光栅条沿所述旋转测量方向是窄的，并且沿横向于所述旋转测量方向的旋转标尺光栅条方向是拉长的，并且沿所述旋转测量方向被以标称标尺间距P_SF周期性地布置；

照明源，包括向结构化照明生成布置输出源光的光源，所述结构化照明生成布置包括所述旋转标尺上的第一照明区域、包括至少第一和第二偏转器元件的光束偏转器构造、以及所述旋转标尺上的第二照明区域，其中，所述结构化照明生成布置被配置为将所述源光输入到所述第一照明区域，所述第一照明区域衍射所述源光并将所述源光作为结构化照明光输出到所述光束偏转器构造，所述光束偏转器构造被配置为使得所述结构化照明光的衍射光束彼此交叉，并将所得的结构化照明光传送到所述旋转标尺上的第二照明区域，并在接近所述第二照明区域处形成照明条纹图案，所述照明条纹图案包括条纹，所述条纹沿所述旋转测量方向是窄的并且沿照明条纹方向是拉长的，所述照明条纹方向定向为横向于所述旋转测量方向；以及

探测器布置，包括光电探测器构造，所述光电探测器构造包括一组N个空间相位探测器，所述N个空间相位探测器沿横向于所述旋转测量方向的探测到的条纹运动方向被以探测器间距PD周期性地布置，其中，每个空间相位探测器被配置为提供相应空间相位探测器信号，并且相应空间相位探测器中的至少大部分沿所述旋转测量方向在相对较长的尺寸上延伸并且沿横向于所述旋转测量方向的探测到的条纹运动方向相对较窄，并且该组N个空间相位探测器沿所述探测到的条纹运动方向被以空间相位序列布置，N是至少为6的整数；

其中：

所述旋转标尺光栅条方向被定向为在所述旋转表面上相对于与测量轴方向垂直并且沿所述旋转表面的方向成非零偏航角ψ；

所述结构化照明生成布置被配置为使得接近所述旋转标尺上的第二照明区域的照明条纹图案的照明条纹方向被定向于标称条纹方向偏航角，所述标称条纹方向偏航角在接近所述旋转标尺上的第二照明区域处相对于标尺光栅条方向旋转非零偏航差角YDA；

所述旋转标尺光栅被配置为在所述第二照明区域输入所述照明条纹图案，并且输出标尺光，所述标尺光在所述光电探测器构造处形成包括探测器条纹图案的周期性标尺光图案，所述探测器条纹图案包括周期性的高强度带和低强度带，所述周期性的高强度带和低强度带沿平行于所述旋转测量方向的方向在相对较长的尺寸上延伸，并且沿横向于所述旋转测量方向的探测到的条纹运动方向相对较窄且是周期性的，具有探测到的条纹周期PDF；

所述探测到的条纹周期PDF和所述探测到的条纹运动方向横向于所述旋转测量方向，并且至少部分地取决于所述非零偏航角ψ；

当所述标尺光栅围绕所述旋转轴旋转时，所述高强度带和低强度带沿横向于所述旋转测量方向的探测到的条纹运动方向移动；并且

所述光电探测器构造被配置为探测所述高强度带和低强度带沿横向于所述旋转测量方向的探测到的条纹运动方向的位移，并提供指示所述旋转标尺位移的相应空间相位位移信号。

2.根据权利要求1所述的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造，其中，所述非零偏航差角YDA标称为-2ψ。

3.根据权利要求1所述的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造，其中，所述N个空间相位探测器中的每一个包括偶数个标尺光接收器区域。

4.根据权利要求1所述的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造，其中，所述探测到的条纹周期PDF为至少40微米。

5.根据权利要求1所述的耐污染和耐缺陷旋转光学编码器构造，其中，所述非零偏航角ψ满足以下关系：