專利名稱：用于成像型光學(xué)編碼器的照明結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像型光學(xué)編碼器，尤其是涉及一種照明結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生一維和二維標(biāo)度盤(pán)(scale)的預(yù)期測(cè)量圖像，該標(biāo)度盤(pán)包括周期性標(biāo)度盤(pán)。
背景技術(shù)：
已知有各種光學(xué)編碼器，其使用具有相對(duì)簡(jiǎn)單的光學(xué)裝置的讀頭，該光學(xué)裝置包括透鏡以便為讀頭中的光電檢測(cè)器裝置提供標(biāo)度盤(pán)圖案(scalepattern)的圖像。這種系統(tǒng)使用不相干光在光學(xué)檢測(cè)器上成像標(biāo)度盤(pán)圖案以測(cè)量該標(biāo)度盤(pán)圖案的相對(duì)或絕對(duì)位移，被稱為成像型編碼器。在授予Takagi等的美國(guó)專利5539519號(hào)中公開(kāi)了一個(gè)這種系統(tǒng)，這里通過(guò)引用而全文結(jié)合。在該′519號(hào)專利中描述的系統(tǒng)包括具有周期性狹縫圖案的編碼板。光源照射該狹縫圖案以形成初級(jí)條紋圖像。一個(gè)透鏡以給定的放大率投射該初級(jí)條紋圖像以形成沿第二平面偏移的二級(jí)放大條紋圖像。固定光接收單元通過(guò)第二平面上的固定周期性掩模圖案(索引光柵(indexgrating))接收該偏移圖像。已知有一些成像型光學(xué)編碼器讀頭，其使用相對(duì)簡(jiǎn)單的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置還包括焦闌孔(telecentric aperture)。焦闌孔對(duì)于預(yù)期范圍的目標(biāo)距離提供相對(duì)恒定的放大率。
用戶一般希望該光學(xué)編碼器的讀頭和標(biāo)度盤(pán)，包括成像型光學(xué)編碼器和位移傳感器，盡可能的小型化。例如，更小的光學(xué)編碼器更便于安裝在各種應(yīng)用裝置中。然而，減少讀頭和標(biāo)度盤(pán)的大小一般會(huì)使得它們的精度相對(duì)于雜質(zhì)、對(duì)準(zhǔn)和其它可以預(yù)見(jiàn)的工業(yè)環(huán)境中的變化而不夠強(qiáng)。因而，當(dāng)讀頭和標(biāo)度盤(pán)的大小減小時(shí)，為了盡可能強(qiáng)地保持精度，該編碼器設(shè)計(jì)的每個(gè)方面都變得更重要，包括成像系統(tǒng)、光學(xué)檢測(cè)器系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。特別地，與用于小型成像型光學(xué)編碼器的照明系統(tǒng)相關(guān)的潛在問(wèn)題和發(fā)展還未能得到正確的認(rèn)識(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于成像型光學(xué)編碼器的照明結(jié)構(gòu)。使用一維(1D)或二維(2D)標(biāo)度盤(pán)特征的直接不相干成像的編碼器或其它位移傳感系統(tǒng)可以受益于在光學(xué)檢測(cè)器上具有均勻輻照度(光功率/面積)的標(biāo)度盤(pán)或目標(biāo)圖像，該光學(xué)檢測(cè)器可以是常規(guī)的光電檢測(cè)器陣列或2D照相機(jī)傳感器等。例如，在這種情況下，在各種光電檢測(cè)器元件上的信號(hào)幅度是相似的，這通常增強(qiáng)了位移測(cè)量精度。當(dāng)通過(guò)相對(duì)較小的讀頭對(duì)周期相對(duì)較小的標(biāo)度盤(pán)成像時(shí)，該因素變得相對(duì)更加重要，因?yàn)樗玫降臏y(cè)量信號(hào)平均了更少的標(biāo)度盤(pán)特征，因而會(huì)變得相對(duì)更容易由單個(gè)標(biāo)度盤(pán)特征所產(chǎn)生的信號(hào)作用中的像差或變異而失真。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于相對(duì)更均勻的圖像，雜質(zhì)或未對(duì)準(zhǔn)(misalignment)遮掩或位移該圖像的“高強(qiáng)度”部分的可能性將會(huì)更小，那樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的不成比例的量。如果這種“高強(qiáng)度”部分存在(在非均勻圖像中)，那么如果它們被遮掩或位移，該測(cè)量精度就會(huì)不成比例地減少。
該標(biāo)度盤(pán)或目標(biāo)照明是生成均勻圖像的關(guān)鍵元件。對(duì)于使用焦闌成像系統(tǒng)的成像型光學(xué)編碼器，最優(yōu)的照明結(jié)構(gòu)可以是使得從該標(biāo)度盤(pán)或目標(biāo)反射或散射的光在圍繞光軸的視場(chǎng)(FOV)內(nèi)具有恒定輻射率(每個(gè)單位投影面積的每個(gè)單位立體角的輻射功率)的一種照明結(jié)構(gòu)。這與散射或反射光的Lambertian照度分布不同，即，相對(duì)于視場(chǎng)(FOV)內(nèi)的角而恒定的亮度或輻射率，這是在許多常規(guī)成像裝置中提供的。例如，Lambertian照度分布會(huì)導(dǎo)致光源在成像透鏡上再次成像的情況(參見(jiàn)Koehler illumination，如Modern Optical Engineering，p.471，Thirdedition，Warren Smith，McGraw-Hill，2000中所描述的)。在焦闌系統(tǒng)中，很難在各種環(huán)境下獲得均勻的圖像照明。
因?yàn)橐獙?duì)周期性標(biāo)度盤(pán)進(jìn)行照明和成像，還會(huì)出現(xiàn)其它問(wèn)題。該問(wèn)題與照明的相干性有關(guān)。特別地，如果該照明是相干的或部分相干的，那么會(huì)在光學(xué)檢測(cè)器上出現(xiàn)由于周期性標(biāo)度盤(pán)而導(dǎo)致的自成像(也已知為T(mén)albot圖像)。雖然這種自成像被有意地用于某些光學(xué)編碼器中，但是在成像型光學(xué)編碼器中，完全形成或部分形成的自成像會(huì)干擾想要的“不相干”標(biāo)度盤(pán)圖像，并且干擾或破壞該成像型光學(xué)編碼器的精度。因此，希望設(shè)計(jì)一種成像型光學(xué)編碼器的照明系統(tǒng)，以使得該照明在視場(chǎng)內(nèi)充分不相干。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)使用焦闌成像光學(xué)器件時(shí)，該照明結(jié)構(gòu)生成標(biāo)度盤(pán)和二維(2D)結(jié)構(gòu)的均勻亮度圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該照明結(jié)構(gòu)在視場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生充分不相干的照明，并且從而抑制了潛在的自成像。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于在視場(chǎng)(FOV)內(nèi)產(chǎn)生均勻照明條件的方法包括以準(zhǔn)直或準(zhǔn)準(zhǔn)直(quasi-collimate)波束提供照明。這種準(zhǔn)直波束可以通過(guò)在聚光透鏡的焦面上放置相對(duì)較小的發(fā)光源發(fā)射元件(例如相對(duì)于該準(zhǔn)直聚光透鏡的焦距相對(duì)較小)而形成。一些LED具有相對(duì)于聚光透鏡的焦距較小的有效發(fā)射元件(其可以包括或不包括LED燈透鏡的效應(yīng))并且可以直接使用。如果需要的話，更大的光源可以先通過(guò)適當(dāng)?shù)尼樋滓蕴峁┚哂袦p小尺寸的發(fā)射元件。理論上，該視場(chǎng)顯著小于聚光透鏡的直徑。有效源或發(fā)射元件大小w對(duì)于透鏡焦距f的比率與該照明波束的準(zhǔn)直和相干度都有關(guān)。一般地，不希望該比率太大或太小。希望比率w/f落在確保視場(chǎng)內(nèi)均勻照射并且充分抑制視場(chǎng)內(nèi)的照明光相干的范圍內(nèi)。在各種實(shí)施例中，有利地使比率w/f落在如下所示的數(shù)學(xué)式5所指示的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在各個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)照明具有節(jié)距P的周期性標(biāo)度盤(pán)結(jié)構(gòu)時(shí)，使得該照明在視場(chǎng)內(nèi)大于10*P的尺寸上不相干，或者更適當(dāng)?shù)貫榇笥?*P，或者甚至更適當(dāng)為大于P是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在各個(gè)實(shí)施例中，為了增強(qiáng)或確保視場(chǎng)內(nèi)照明的均勻性，使比率w/f滿足如下所示的數(shù)學(xué)式4中所表示的條件是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在各個(gè)實(shí)施例中，為了增強(qiáng)或確保視場(chǎng)內(nèi)照明的均勻性，使成像視場(chǎng)的尺寸小于聚光透鏡的通光孔徑的直徑，或者更適當(dāng)?shù)兀瑢?shí)質(zhì)上更少是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在各個(gè)實(shí)施例中，一種用于照明焦闌系統(tǒng)的方法包括在從準(zhǔn)直或近似準(zhǔn)直透鏡發(fā)射的光路中設(shè)置散射體。通過(guò)對(duì)于散射體特性的正確選擇，由于從透鏡出射的光的準(zhǔn)直特性和從散射體到標(biāo)度盤(pán)的相對(duì)較小距離，這種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生均勻、散射的照明，該照明集中在僅比該準(zhǔn)直或近似準(zhǔn)直透鏡的通光孔徑略大的波束直徑中。該結(jié)構(gòu)對(duì)于未對(duì)準(zhǔn)相對(duì)不靈敏，并且不傾向于相干人工效應(yīng)，即使該光源和聚光器在光到達(dá)散射體之前提供高度準(zhǔn)直。如果來(lái)自光源的光強(qiáng)度足夠，并且如果希望該編碼器讀頭的未對(duì)準(zhǔn)對(duì)于檢測(cè)器處的標(biāo)定圖像強(qiáng)度的幅度和均勻性具有最小效應(yīng)，那么優(yōu)選為該結(jié)構(gòu)。如果希望未對(duì)準(zhǔn)較小，并且如果該系統(tǒng)需要盡可能多的有用光強(qiáng)度，那么優(yōu)選沒(méi)有散射體的實(shí)施例。在具有散射體的實(shí)施例中，可以使用高增益散射體來(lái)產(chǎn)生一些準(zhǔn)直傳播的混合結(jié)構(gòu)，但是使用Lambertian散射體也可以獲得更高的準(zhǔn)直傳播。


通過(guò)參照以下詳細(xì)說(shuō)明并且結(jié)合附圖，本發(fā)明的前述方面和許多伴隨優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更容易認(rèn)識(shí)和更好理解，其中圖1是沿線性編碼器的測(cè)量軸的橫截面示意圖，示出了可以利用反射型標(biāo)度盤(pán)操作的一個(gè)示例性讀頭的組合光學(xué)組件和光路；圖2是普通單焦闌成像系統(tǒng)的示意圖；圖3是示出了用于描述根據(jù)本發(fā)明的成像型光學(xué)編碼器照明結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例的各種參數(shù)的示意圖；圖4是示出了在使用具有焦距不足的聚焦透鏡的LED的光學(xué)系統(tǒng)的成像平面上的輻照度分布的示意圖；圖5是在使用具有過(guò)長(zhǎng)焦距的聚焦透鏡的LED的光學(xué)系統(tǒng)的成像平面上的輻照度分布的示意圖；圖6是示出了在使用具有適當(dāng)焦距的聚焦透鏡的LED的光學(xué)系統(tǒng)的成像平面上的輻照度分布的示意圖；圖7是示出了用于描述根據(jù)本發(fā)明的成像型光學(xué)編碼器照明結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施例的各種參數(shù)的示意圖，其中使用了散射體；圖8是示出了通過(guò)散射體散射的預(yù)期類型的光線的示意圖；和圖9A和9B是示出了用于成像型編碼器的各種照明結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是可以通過(guò)反射型標(biāo)度盤(pán)光柵116操作的讀頭100的示意圖，提供了一個(gè)成像型光學(xué)編碼器的例子，其可以結(jié)合這里所公開(kāi)的發(fā)明的照明系統(tǒng)特征。圖1的視圖是沿著近似平行于標(biāo)度盤(pán)光柵116的測(cè)量軸的方向(即，該測(cè)量軸延伸入和延伸出該圖的平面)，并且近似垂直于該讀頭成像系統(tǒng)和讀頭照明系統(tǒng)的光軸，并示出了該系統(tǒng)的組合光學(xué)組件和光路。在讀頭100的反射型結(jié)構(gòu)中，一般將照明源114設(shè)置在反射型標(biāo)度盤(pán)光柵116之上，同成像透鏡123，布置成焦闌結(jié)構(gòu)的孔121，和檢測(cè)器組件122一樣。讀頭100工作，以從上方照明該反射型標(biāo)度盤(pán)光柵116。在本實(shí)施例中，照明源114以角度105照明標(biāo)度盤(pán)光柵116，這僅僅是示例性而不是限制性的。來(lái)自照明源114的照明光137通過(guò)準(zhǔn)直或準(zhǔn)準(zhǔn)直照明透鏡136將可用的光學(xué)功率聚焦在標(biāo)度盤(pán)光柵116平面上視場(chǎng)(FOV)尺寸150周?chē)南拗普彰鲄^(qū)138中。所示照明透鏡136被布置在距離標(biāo)度盤(pán)光柵116的FOV的標(biāo)定距離L處，如下面將要進(jìn)一步描述的。該限制照明區(qū)138可以足夠大以確保在該讀頭100和標(biāo)度盤(pán)光柵116之間的間隙和各種未對(duì)準(zhǔn)的預(yù)期容差范圍上完全照明該FOV。
在一個(gè)實(shí)施例中，該反射型標(biāo)度盤(pán)光柵116包括周期性的光柵行和間隔。在各種實(shí)施例中，該光柵行被這樣制造，即，使得反射或散射地反射來(lái)自照明源114的光137，并且透鏡123聚焦該反射光139，從而在由檢測(cè)器組件122接收的標(biāo)度盤(pán)圖像中提供相應(yīng)的更亮區(qū)域。相反，在各種可替換實(shí)施例中，該間隔被制造成顯著吸收光137、將其反射而離開(kāi)光軸129，或者傳輸其以使其不被檢測(cè)器組件122接收。因而該間隔在由檢測(cè)器組件122接收的圖像中提供暗區(qū)，其與由該反射或散射反射行提供的亮區(qū)形成強(qiáng)烈對(duì)比。在各種示例性實(shí)施例中，該標(biāo)度盤(pán)光柵結(jié)構(gòu)包括基本為平面或扁平的行和間隔。在其它各個(gè)實(shí)施例中，該標(biāo)度盤(pán)光柵結(jié)構(gòu)包括炫耀光柵元件，其考慮光源光的入射角而設(shè)計(jì)，以提供和/或增強(qiáng)在由檢測(cè)器組件122接收的標(biāo)度盤(pán)光柵結(jié)構(gòu)的圖像中亮區(qū)和暗區(qū)之間的對(duì)比。在美國(guó)專利申請(qǐng)10/804636號(hào)中更詳細(xì)地描述了該讀頭100和標(biāo)度盤(pán)光柵116，這里通過(guò)引用而全文結(jié)合。
圖2是普通單焦闌成像系統(tǒng)200的示意圖。該成像系統(tǒng)200包括標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210、成像透鏡225、焦闌孔230、光軸280和檢測(cè)器/圖像平面240?？讖焦怅@230被沿著光軸280放置在成像透鏡225的后聚焦面上。圖2示出了一個(gè)典型的相應(yīng)主光線270，其將各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)211沿平行于光軸280的方向設(shè)置在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210上，并穿過(guò)孔230的中心。每個(gè)這種相應(yīng)主光線270到達(dá)檢測(cè)器/圖像平面240上各自相應(yīng)的圖像點(diǎn)271。該孔230還允許每個(gè)這種相應(yīng)的圖像點(diǎn)271接收其它光線，該其它光線將各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)211設(shè)置在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210上相應(yīng)主光線270周?chē)南鄳?yīng)光錐內(nèi)(在角度α內(nèi))，如圖2所示。
如前所示，當(dāng)每個(gè)相應(yīng)圖像點(diǎn)271為標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210在圖像系統(tǒng)200的視場(chǎng)(FOV)250內(nèi)具有相同標(biāo)定反射性的部分提供相同的標(biāo)定圖像強(qiáng)度時(shí)，可以增強(qiáng)位置編碼器的精度。當(dāng)入射在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210上的照明被配置成均勻時(shí)，圖像系統(tǒng)200將以理想方式達(dá)到該條件，從而使得相同量的能量被包含在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)211的相應(yīng)光錐內(nèi)被反射的可用照明光線中?？梢哉J(rèn)識(shí)到，焦闌孔徑光闌230和沿光軸280的各個(gè)光學(xué)元件之間的間隔的大小決定了離開(kāi)標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)210的光線的角分散(角α)，該光線被成像透鏡225收集以在檢測(cè)器/圖像平面240的每個(gè)相應(yīng)圖像點(diǎn)271上提供圖像強(qiáng)度。
對(duì)于小型成像型編碼器，如前所述，當(dāng)利用相干或部分相干光照射周期性標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)時(shí)，由該周期性標(biāo)度盤(pán)導(dǎo)致的自成像(也已知為T(mén)albot圖像)會(huì)出現(xiàn)在距離該周期性標(biāo)度盤(pán)結(jié)構(gòu)平面特定距離的自成像平面上，并且在這些平面之間會(huì)出現(xiàn)更弱或更模糊的自成像。即使將編碼器讀頭初始安裝在離該標(biāo)度盤(pán)一定距離處以避免該自成像平面，該安裝的干擾或標(biāo)度盤(pán)的扁平度不足也足以會(huì)改變與該標(biāo)度盤(pán)的距離，從而引入一定程度的自成像。在成像型光學(xué)編碼器的情況中，完全形成或部分形成的自成像會(huì)干擾所希望的“不相干”標(biāo)度盤(pán)圖像，并且破壞該成像型光學(xué)編碼器的精度。因而，可以預(yù)期，為成像型光學(xué)編碼器提供的照明不僅如前所述是相對(duì)均勻的，而且還在FOV上充分不相干，從而不會(huì)出現(xiàn)自成像。由于與小型成像型編碼器相關(guān)的小尺寸和短光路長(zhǎng)度，通常使用的照明源會(huì)導(dǎo)致相干效應(yīng)，除非對(duì)于該照明結(jié)構(gòu)進(jìn)行特別注意。然而，通過(guò)遵循以下所述的特定設(shè)計(jì)關(guān)系，可以控制或消除這種潛在的相干照明效應(yīng)。
用于成像型編碼器的另一照明考慮是功率需求。一般地，功率越低越好，假定該照明提供足夠的圖像亮度和對(duì)比度。因此，通常希望該照明光不被浪費(fèi)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)與圖2相關(guān)的討論，對(duì)于焦闌成像系統(tǒng)，從標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)角α外部反射的照明將不會(huì)到達(dá)該檢測(cè)器/圖像平面，將被浪費(fèi)。根據(jù)這一準(zhǔn)則，希望得到平行于該成像系統(tǒng)光軸而反射的完全準(zhǔn)直的照明。然而，完全準(zhǔn)直的照明比更散射的照明更容易引起相干效應(yīng)，如下面將更詳細(xì)描述的。因而，在各種預(yù)期編碼器照明特征之間存在沖突。以下列出的特定設(shè)計(jì)關(guān)系提供了在用于小型成像型編碼器的這些各種特征之間的預(yù)期折衷。
圖3是根據(jù)本發(fā)明用于成像型光學(xué)編碼器的照明結(jié)構(gòu)300的第一實(shí)施例的示意圖。該照明結(jié)構(gòu)300包括布置成距離聚光透鏡320一定距離L的標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)310，和布置在與透鏡320相距為焦距f、具有標(biāo)定尺寸w的發(fā)射區(qū)域的照明源390。標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)310上的FOV尺寸350由成像該標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)310的光學(xué)系統(tǒng)(未示出)來(lái)限定。例如，該FOV可以由該成像光學(xué)器件的放大率和場(chǎng)闌大小(例如檢測(cè)器尺寸)來(lái)限定。該FOV也可以基于該成像透鏡的光學(xué)性能來(lái)限制。在這種情況下，可以提供機(jī)械或軟件場(chǎng)闌來(lái)將該FOV限制到小于檢測(cè)器尺寸的尺寸。以下將進(jìn)一步討論與小型成像型編碼器的FOV相關(guān)的各種考慮。如下所述，在任一情況下，用于小型成像型編碼器的照明光學(xué)器件可以為特定的FOV而有利地設(shè)定。
忽略遠(yuǎn)離光軸的小角度誤差，透鏡320平面中的每個(gè)點(diǎn)將從完全角范圍R內(nèi)的發(fā)射區(qū)域接收光線。該角度R(以弧度)近似等于比率w/f。當(dāng)透鏡320被標(biāo)定為準(zhǔn)直透鏡并且角R相對(duì)較小時(shí)，角β將近似等于角R。因而，在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)310上的FOV 350中的每個(gè)點(diǎn)將從完全角范圍R內(nèi)的發(fā)射區(qū)域接收光線，該角β將近似等于w/f。如前所述，對(duì)于小型成像型編碼器，更低的功率需求通常是有利的，并且通常希望不浪費(fèi)該照明光。而且，對(duì)于焦闌成像系統(tǒng)，從標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)角α外部反射的照明將不會(huì)到達(dá)該檢測(cè)器/圖像平面，從而將被浪費(fèi)。因此，通常希望除了滿足如下所述的各種設(shè)計(jì)條件之外，照明結(jié)構(gòu)還應(yīng)當(dāng)提供盡可能小地(或者根本不)超過(guò)角α的角β，小到直到被其它設(shè)計(jì)考慮所允許的程度。
關(guān)于前述的相干考慮，基于van Cittert-Zernicke定理，可以在透鏡320的平面上估計(jì)標(biāo)定的“相干程度”尺寸d(忽略遠(yuǎn)離光軸的小角度誤差)，在該d上，來(lái)自照明源390的照明至少部分相干，該估計(jì)如下d=1.22λ(w/2f)]]>(數(shù)學(xué)式1)其中λ是照明源的標(biāo)定波長(zhǎng)，w和f分別是標(biāo)定發(fā)射器尺寸和透鏡焦距，如圖3中所例示的。
當(dāng)透鏡320被標(biāo)定為準(zhǔn)直透鏡時(shí)，由于小型成像型編碼器所特有的離開(kāi)透鏡320的光的近似準(zhǔn)直特性和到FOV的相對(duì)較短的光路長(zhǎng)度L，我們還可以通過(guò)尺寸d近似得到該FOV平面上的“相干程度”大小。為了避免相干照明，d必須小于FOV尺寸350。例如，可以希望d最多是FOV尺寸的四分之一，F(xiàn)OV尺寸的八分之一，或者更少。因此，可以希望小型成像型的照明系統(tǒng)這樣配置wf>2.44λ(FOV/k)]]>(數(shù)學(xué)式2)
其中FOV是標(biāo)定FOV尺寸，k是至少為1的數(shù)字，并且優(yōu)選地至少為4，更優(yōu)選地至少為8，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話。對(duì)于多數(shù)照明源，該源的輸出光譜的平均強(qiáng)度加權(quán)波長(zhǎng)可以被取為波長(zhǎng)λ。然而，對(duì)于具有不規(guī)則輸出光譜的源，有利地對(duì)于包括足夠能量以產(chǎn)生顯著的自成像效應(yīng)的任何波長(zhǎng)都滿足數(shù)學(xué)式2、3和/或5(以下將要描述)的條件。
關(guān)于抑制自成像，還會(huì)考慮標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)310上FOV中的周期性標(biāo)度盤(pán)結(jié)構(gòu)的節(jié)距P。小光柵的模擬顯示，利用相干照明對(duì)多于10個(gè)相鄰行對(duì)的照明會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的干擾效應(yīng)。因此，為了抑制或消除由FOV中的周期性標(biāo)度盤(pán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的自成像，d應(yīng)當(dāng)最多為10*P或者更小。例如，對(duì)于一個(gè)好的設(shè)計(jì)界限，希望d最多為6*P，或者甚至為1*P或更小。因此，希望一種小型成像型的照明系統(tǒng)這樣配置wf>2.44λ(n*P)]]>(數(shù)學(xué)式3)其中n是最多為10的數(shù)字，優(yōu)選地最多為6，更優(yōu)選地最多為1，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話。
對(duì)于前面討論的照明均勻性考慮，我們可以考慮與光源尺寸和照明光學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的模糊盤(pán)(blur disk)，該模糊盤(pán)在FOV上具有尺寸dBLUR＝(w/f)*L。然后通過(guò)該模糊盤(pán)與透鏡320的通光孔徑D的折合部分(convolution)給出穿過(guò)FOV尺寸350的輻照度或強(qiáng)度分布，該折合部分通過(guò)FOV尺寸350采樣。如果該模糊盤(pán)的大小dBLUR小于FOV尺寸350和直徑D，并且直徑D充分大于FOV尺寸350，那么穿過(guò)FOV的輻照度將是近似均勻的。因此，在FOV上近似均勻照明所需的一組條件可以表示為wf<FOVL<DL]]>(數(shù)學(xué)式4)其中FOV是標(biāo)定FOV尺寸。對(duì)于圖3中所示的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)OV尺寸350在理論上顯著小于聚光透鏡320的通光孔徑直徑D，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話。例如，如果通光孔徑直徑D至少是該FOV尺寸的1.5倍將是有利的，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話。
根據(jù)前述考慮，通常不希望該比率w/f太大或太小。綜上所述，當(dāng)數(shù)學(xué)式2的表示被違反時(shí)，該源會(huì)近似為虛擬點(diǎn)源，并且相干效應(yīng)和對(duì)于未對(duì)準(zhǔn)的靈敏度會(huì)變成問(wèn)題。當(dāng)數(shù)學(xué)式3的表示被違反時(shí)，由周期性標(biāo)度盤(pán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的自成像會(huì)干擾該編碼器的檢測(cè)器處的預(yù)期常規(guī)標(biāo)度盤(pán)圖像。當(dāng)數(shù)學(xué)式4的條件被違反時(shí)，充分準(zhǔn)直的不足會(huì)在視場(chǎng)350的邊緣引起圖像亮度的減少。由于這些原因，小型成像型編碼器有利地使用例如圖3所示的照明系統(tǒng)，配置成使得比率w/f落在如下式的范圍內(nèi)2.44λ(FOV/k)<wf<DL]]>(數(shù)學(xué)式5)理論上，數(shù)學(xué)式3和4的表示的其它預(yù)期條件也將被滿足。對(duì)于w/f的給定值，從數(shù)學(xué)式5的右手部分，也可以有利地表示為wf*L<D]]>(數(shù)學(xué)式6)該條件避免了在距離L為不合適的大值時(shí)發(fā)生的發(fā)射源的近再成像。對(duì)于圖3中所示的結(jié)構(gòu)，wL/f在理論上顯著小于聚光透鏡320的通光孔徑直徑D，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話。在這種情況下，即使wL/f與FOV尺寸近似相同，仍然可以提供穿過(guò)該FOV尺寸的近似均勻的照明。
關(guān)于滿足數(shù)學(xué)式4和/或5的條件，一些LED具有相對(duì)于該聚光透鏡的焦距較小的有效發(fā)射元件(其可以包括或不包括LED燈透鏡的效應(yīng))，并且可以直接使用。如果需要的話，更大的源可以首先被通過(guò)適當(dāng)?shù)尼樋滓蕴峁┚哂袦p小尺寸的發(fā)射元件。
前面已經(jīng)討論了準(zhǔn)直、或者近似準(zhǔn)直的照明結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)射器的有效平面(其可以包括限制孔，如果需要的話)被近似設(shè)置在聚光透鏡的焦距處。相反，一種發(fā)射器的有效平面被從聚光透鏡的焦距處移開(kāi)的結(jié)構(gòu)會(huì)引起離開(kāi)該透鏡的光的角分布和方向越過(guò)該透鏡的孔并從而越過(guò)FOV而變化。對(duì)于發(fā)射器從透鏡焦距位置的小偏離，這種結(jié)構(gòu)可以允許額外的浮動(dòng)以改變相干和準(zhǔn)直程度。然而，從該透鏡焦距的顯著偏離通常將會(huì)導(dǎo)致不希望的不均勻照明，例如圖4和5中所示。
圖4、5和6示出了通過(guò)各個(gè)照明結(jié)構(gòu)的圖像平面的視場(chǎng)的輻照度分布。圖4示出了一種焦距短于該發(fā)射器到準(zhǔn)直聚光透鏡的距離的所不希望照明結(jié)構(gòu)的結(jié)果。如圖所示，產(chǎn)生了一個(gè)發(fā)射器的圖像，其中由于覆蓋該LED芯片中心的電極結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致在該分布中心的輻照度減小。因此，這種用于小型成像型編碼器的照明結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不均勻照明，是不合適的。
圖5是關(guān)于一種焦距長(zhǎng)于該發(fā)射器到準(zhǔn)直聚光透鏡的距離的所不希望照明結(jié)構(gòu)的輻照度分布500的示意圖。如圖5所示，在該分布中心的輻照度實(shí)質(zhì)上高于該分布的外圍。因此，這種用于小型成像型編碼器的照明結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不均勻照明，是不合適的。
圖6是關(guān)于一種焦距近似與該發(fā)射器到準(zhǔn)直聚光透鏡的距離相同的預(yù)期照明結(jié)構(gòu)的輻照度分布600的示意圖，并且該結(jié)構(gòu)符合數(shù)學(xué)式4的條件。如圖6所示，獲得了預(yù)期的照明均勻性。
圖7是根據(jù)本發(fā)明用于成像型光學(xué)編碼器的照明結(jié)構(gòu)700的第二實(shí)施例的示意圖。該照明結(jié)構(gòu)700與照明結(jié)構(gòu)300類似，包括布置在距離聚光透鏡720為距離L處的標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710，其可以是準(zhǔn)直透鏡，以及具有標(biāo)定尺寸w的發(fā)射器區(qū)域的照明源790。在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710上的FOV尺寸750由成像該標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710的光學(xué)系統(tǒng)(未示出)的特性所限定。此外，該照明結(jié)構(gòu)700包括被設(shè)置在聚光透鏡720和標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710之間的散射體715。散射體715可以被用于幫助減少由于該照明系統(tǒng)光學(xué)元件相對(duì)于該標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710的節(jié)距或滾動(dòng)對(duì)準(zhǔn)(roll alignment)的變化而導(dǎo)致的輻照度分布變化。這種未對(duì)準(zhǔn)會(huì)使得在FOV內(nèi)的照明分布偏移，導(dǎo)致在FOV中出現(xiàn)在照明分布邊緣處的不均勻部分。散射體可以平滑和/或延伸該分布的邊緣，減少由于這種未對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致的FOV照明中的變化。由于從透鏡720出射的光的準(zhǔn)直或近似準(zhǔn)直特性，以及所特有的從透鏡720和散射體715到小型成像型編碼器的標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710的相對(duì)較短的尺寸，該結(jié)構(gòu)700可以在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710處生成均勻散射的照明場(chǎng)，該場(chǎng)具有與透鏡720的通光孔徑的直徑D近似相同的直徑?？蛇x地，該照明場(chǎng)可以是略大一些的，該數(shù)量依賴于該散射體的特性并結(jié)合從透鏡720和散射體715到標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)710的尺寸而確定。
可以認(rèn)識(shí)到，圖7的照明結(jié)構(gòu)700與圖3的照明結(jié)構(gòu)300類似，除了在準(zhǔn)直透鏡720之后的散射體715。在某些例子中，該照明結(jié)構(gòu)700可以不如照明結(jié)構(gòu)300有效，但是也對(duì)于未對(duì)準(zhǔn)更不靈敏，更不傾向于相干人工效應(yīng)。
對(duì)于某些應(yīng)用，如果來(lái)自源的光強(qiáng)度多于足夠量，并且如果對(duì)于未對(duì)準(zhǔn)的靈敏性是不希望的，那么相對(duì)于照明結(jié)構(gòu)300，可以優(yōu)選采用照明結(jié)構(gòu)700。如果希望未對(duì)準(zhǔn)較小，并且如果該系統(tǒng)需要盡可能有用的光強(qiáng)度，那么可以優(yōu)選采用照明結(jié)構(gòu)300。
圖8是示出了光通過(guò)散射體815散射的光學(xué)裝置800的示意圖。如上所述，散射體815可以幫助減少由于節(jié)距和/或滾動(dòng)未對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的照明分布的變化和/或不均勻。換句話說(shuō)，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)誤差發(fā)生時(shí)，散射體815幫助確保能夠維持均勻的輻照度分布。如圖8所示，來(lái)自源(例如LED發(fā)射器)的光束892在點(diǎn)893通過(guò)散射體815以形成散射光束894。該散射體可以被這樣設(shè)計(jì)或選擇，即，使得該散射光束894將大部分或全部照明能量集中在預(yù)期的完全角范圍β′內(nèi)，如圖8所示。并且，如圖8示意性示出的，該散射體被優(yōu)選地設(shè)計(jì)，使得每個(gè)點(diǎn)893提供標(biāo)定的相同散射光的散射輪廓(scattering profile)。散射體815還被定位以接收標(biāo)定均勻的光束892的分布。因此，對(duì)于每個(gè)散射光束894，被包含在角β′內(nèi)的光線束標(biāo)定地遵循相同的角強(qiáng)度分布和/或角輻射通量分布。從而，在標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)810上的FOV中的每個(gè)點(diǎn)都會(huì)從提供照明的相應(yīng)的散射光束894接收相同的光線分布。然后，由標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)810反射的每個(gè)光束896也會(huì)近似地在完全角范圍β′上提供相同角強(qiáng)度分布，以按照預(yù)期而提供標(biāo)定均勻的圖像光。如前面參照?qǐng)D2所述，并且下面進(jìn)一步參照?qǐng)D9A和9B，一個(gè)焦闌成像系統(tǒng)將“選擇”光束896的在相對(duì)于成像系統(tǒng)的光軸成角α內(nèi)對(duì)準(zhǔn)的光線。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如前所述，因?yàn)樵跇?biāo)度盤(pán)目標(biāo)810上的每個(gè)點(diǎn)處的反射光束896提供近似相同的角強(qiáng)度分布，所以當(dāng)光軸相對(duì)于標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)810未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，在相對(duì)于該未對(duì)準(zhǔn)光軸的角α內(nèi)接收的光將在FOV內(nèi)保持均勻(至少當(dāng)β′等于或大于α?xí)r)。因而，如圖8所示，即使當(dāng)發(fā)生未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，散射體815也能夠幫助產(chǎn)生均勻照明。
散射體對(duì)于其它目的也是有利的。例如，希望使用使其不能夠達(dá)到參照數(shù)學(xué)式2-6所述條件的各種組件。例如，希望使用低成本或者能夠構(gòu)成相對(duì)更小的小型成像型編碼器的組件。在這種情況下，散射體715可以干擾這些組件和/或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不希望的準(zhǔn)直和相干，以提供希望的均勻照明，以及上面列出的其它好處。而且，如果產(chǎn)生潛在的漫射光和重象效應(yīng)作為該成像光學(xué)器件及其支持裝置結(jié)構(gòu)的邊界效應(yīng)，那么可以通過(guò)散射該照明而減輕這種效應(yīng)。
關(guān)于角β′，一個(gè)設(shè)計(jì)考慮是，角β′應(yīng)當(dāng)足夠大，從而通常沿著成像型編碼器讀頭的成像部件的光軸，在該讀頭相對(duì)于標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)810的預(yù)期未對(duì)準(zhǔn)角的完全范圍內(nèi)提供反射成像光線。另一設(shè)計(jì)考慮是，如前所述，更低的功率需求通常對(duì)于小型成像型編碼器是有利的，一般地，希望該照明光不被浪費(fèi)。對(duì)于焦闌成像系統(tǒng)，從標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)的角α之外反射的照明將不會(huì)到達(dá)該檢測(cè)器/圖像平面，從而將被浪費(fèi)。因此，一般地，希望除了滿足這里所述的各種其它設(shè)計(jì)條件之外，散射體應(yīng)當(dāng)提供盡可能小地超過(guò)角α、而又足夠大以容納預(yù)期的未對(duì)準(zhǔn)范圍的角β′。角β′可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇散射體815的特性來(lái)控制。各種光學(xué)組件廠家能夠很容易地設(shè)計(jì)和提供具有相應(yīng)于上述各種預(yù)期設(shè)計(jì)考慮的特性的散射體。作為一個(gè)例子，可以設(shè)計(jì)和制造常規(guī)設(shè)計(jì)的小型衍射光學(xué)元件以提供預(yù)期的散射體特性。作為另一個(gè)例子，由于角β′可以相對(duì)較小，所以具有適當(dāng)表面粗糙度的均勻紋理散射體可以近似地提供預(yù)期特性。
圖9A和9B示出了與成像系統(tǒng)結(jié)合的照明系統(tǒng)的相關(guān)部件，以解釋關(guān)于成像型編碼器的照明結(jié)構(gòu)的其它設(shè)計(jì)考慮。該考慮可以應(yīng)用于具有或不具有散射體的結(jié)構(gòu)?？梢岳斫猓瑘D9A和9B所示的“透射(transmissive)”結(jié)構(gòu)可以是例如圖1所示的“展開(kāi)(unfolded)”反射成像型編碼器結(jié)構(gòu)的示意性表示。在圖9A和9B中，任何散射體和圖9A中的透鏡920(或圖9B中的920′)之間的間隔被忽略，并且在距離標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)910為距離L處示意性顯示了其中之一或兩個(gè)組件，該距離與到圖9A和9B中的標(biāo)度盤(pán)目標(biāo)910上的FOV的距離一致。角α與前面參照?qǐng)D2所述的角α相同，也就是說(shuō)，在大于角α的角度處的光線不會(huì)有助于在焦闌成像系統(tǒng)200的圖像平面處的強(qiáng)度分布，如圖2所示。因此，以下討論僅與角α內(nèi)的光線相關(guān)。
圖9A示出了一種結(jié)構(gòu)，其中FOV尺寸950小于通光孔徑直徑D減-Lα。因此，F(xiàn)OV中的每個(gè)點(diǎn)都是均勻照明的，也就是說(shuō)，在角α的完全范圍內(nèi)接收照明并且在角α的完全范圍內(nèi)反射該照明以通過(guò)該焦闌成像系統(tǒng)透鏡925投射標(biāo)定均勻的照明圖像。相反，圖9B示出了一種非預(yù)期結(jié)構(gòu)，其中FOV尺寸950′不小于通光孔徑直徑D減-Lα。特別地，在本特定示例中，該FOV尺寸950′等于通光孔徑直徑D。因此，在FOV邊緣上的點(diǎn)被不希望地不均勻照明，即它們僅在角α的完全范圍的一半內(nèi)接收照明。類似地，僅在角α的完全范圍的一半內(nèi)標(biāo)定地反射該照明，以通過(guò)該焦闌成像系統(tǒng)透鏡925投射在其周邊具有減少的照明的圖像。因此，對(duì)于給定尺寸L和焦闌成像系統(tǒng)完全進(jìn)入角α，除了符合如前所述的其它設(shè)計(jì)考慮，如果其它設(shè)計(jì)考慮允許的話，提供一種這樣配置的照明系統(tǒng)是有利的
D＞FOV+(L*α)(數(shù)學(xué)式7)在各個(gè)實(shí)施例中，一種照明結(jié)構(gòu)可以滿足上面所述的各種設(shè)計(jì)條件，分離地或者結(jié)合地，以在視場(chǎng)內(nèi)提供近似均勻的照明。在各個(gè)實(shí)施例中，可以提供一種照明均勻性，以使得該輻照度分布在視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％、10％、5％或者甚至更少。當(dāng)該成像系統(tǒng)包括具有完全進(jìn)入角α的焦闌成像裝置時(shí)，該照明均勻性可以包括對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿著相應(yīng)角度提供到FOV的照明強(qiáng)度分布在視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％、10％、5％或者甚至更少。一般地，當(dāng)上面所述的各種設(shè)計(jì)考慮被組合滿足時(shí)，可以提供更好和/或更強(qiáng)的照明均勻性。
雖然已經(jīng)圖解和說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但可以理解，其中可以做出各種改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)元件之間的相對(duì)位移的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)沿測(cè)量軸方向延伸的標(biāo)度盤(pán)；(b)讀頭，設(shè)計(jì)成位于到該標(biāo)度盤(pán)的標(biāo)定距離L處，以從該標(biāo)度盤(pán)上的視場(chǎng)接收可操作的標(biāo)度盤(pán)圖像光，并在該標(biāo)度盤(pán)被照明時(shí)提供該標(biāo)度盤(pán)的可操作圖像，該讀頭包括(i)成像部件；和(ii)為該視場(chǎng)提供照明的照明部件，該照明部件包括具有焦距f的透鏡和具有發(fā)射元件的光源，其中該光源被設(shè)置成使該發(fā)射元件的有效位置近似位于該透鏡的焦平面上；和該照明部件被配置成提供到該視場(chǎng)的照明是有效地不相干的；和提供到該視場(chǎng)的照明在該視場(chǎng)內(nèi)是近似均勻的。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％的輻照度分布。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化10％的輻照度分布。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化5％的輻照度分布。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述成像部件包括具有完全進(jìn)入角α的焦闌成像裝置，并且對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化10％。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化5％。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述視場(chǎng)具有尺寸FOV，所述發(fā)射元件具有有效寬度w并且發(fā)射具有波長(zhǎng)λ的輻射，并且所述照明部件被配置成使得w/f＞2.44*λ/(FOV/k)，其中k是至少為1的數(shù)字。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中k至少為4。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中k至少為8。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述透鏡具有通光孔徑D，并且w/f小于D/L。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中w/f小于FOV/L。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中D至少為1.5*FOV。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述標(biāo)度盤(pán)包括具有節(jié)距P的周期性光柵結(jié)構(gòu)，所述發(fā)射元件具有有效寬度w并且發(fā)射具有波長(zhǎng)λ的輻射，并且所述照明部件被配置成使得w/f＞2.44*λ/(n*P)，其中n是至多為10的數(shù)字。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中n至多為6。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中n至多為1。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光源包括LED、被包含在LED透鏡中的LED、和包含限制孔的光源中的一個(gè)。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述成像部件包括具有完全進(jìn)入角α的焦闌成像裝置，所述視場(chǎng)具有尺寸FOV，所述透鏡具有通光孔徑D，并且所述設(shè)備被配置成使得L＜(D-FOV)/α。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述照明部件還包括散射體，所述散射體被定位以從所述透鏡接收光并為所述視場(chǎng)提供照明。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中D至少為1.5*FOV。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％的輻照度分布。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化10％的輻照度分布。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中提供到所述視場(chǎng)的照明具有在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化5％的輻照度分布。
24.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述成像部件包括具有完全進(jìn)入角α的焦闌成像裝置，并且對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化15％。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化10％。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中對(duì)于每個(gè)等于或小于α的角，沿該各個(gè)角提供到該視場(chǎng)的照明的輻照度分布在所述視場(chǎng)內(nèi)最多變化5％。
全文摘要
提供一種用于成像型光學(xué)編碼器的照明結(jié)構(gòu)。當(dāng)在該編碼器讀頭中使用焦闌成像光學(xué)器件時(shí)，該照明結(jié)構(gòu)生成標(biāo)度盤(pán)和二位結(jié)構(gòu)的均勻亮度圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)利用準(zhǔn)直或準(zhǔn)準(zhǔn)直波束照明而在視場(chǎng)內(nèi)形成預(yù)期的均勻輻照度分布，但是確保該照明是充分不相干的，從而抑制由該標(biāo)度盤(pán)上的周期性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的潛在的自成像。在一個(gè)實(shí)施例中，有效發(fā)射器大小對(duì)準(zhǔn)直透鏡焦距的比率落在一個(gè)選擇范圍內(nèi)，從而確保視場(chǎng)內(nèi)相對(duì)均勻的照明，并且仍然提供充分不相干的照明。在另一實(shí)施例中，在準(zhǔn)直透鏡上方設(shè)置散射體，其有助于即使在照明方向由于該讀頭和標(biāo)度盤(pán)表面之間的未對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致相對(duì)于該標(biāo)度盤(pán)變化時(shí)也能產(chǎn)生均勻照明。
文檔編號(hào)G01D5/347GK1896695SQ200610105538
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者埃里克·H·阿爾坦多夫 申請(qǐng)人:三豐株式會(huì)社