[发明专利]一种绝对式编码测角光照系统及其角度编码器

说明书

本发明提供了一种绝对式编码测角光照系统，包括照明部件、光学度盘和光敏部件；还包括光路折转部件，所述照明部件发出的入射光束经所述光路折转部件至少2次反射后出射，出射光束与所述入射光束始终保持平行并且方向相反；所述出射光束经过光学度盘并将度盘上的刻画以投影的方式成像到所述光敏部件；能够保持光照方向稳定性且利于结构小型化的灵活设计。本发明还提供一种角度编码器特别是绝对式测角编码器，体积薄且能在较宽温度范围内可靠工作。

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，具体涉及用于一种角度编码器内部的绝对式编码测角光照系统以及应用这种绝对式编码测角光照系统的角度编码器。

背景技术

在高科技领域全面发展的今天，光电检测技术和设备的应用在测角领域尤为重要。角度编码器作为一种角度传感器，是高精度测量检测仪器中应用广泛的一个装置。它是一种通过光电转换原理将输出轴上的机械几何转动量转换成脉冲或数字量的传感器。角度编码器具有形式多样、结构简单、精度高、分辨率好、工作可靠、接口数字化等特点，而且其制造加工技术成熟、电路简单、使用容易，再加上其零部件尺寸、重量等各方面的优势，所以在航空航天、军事和民用领域，例如地面指挥仪、经纬仪、雷达、全站仪、交通运输、医疗器械、工业精密制造设备、机械臂、光学测量系统、高精度天线指向控制等领域，都有着深入的应用。

随着光电检测技术特别是测角技术领域快速发展的需要，对角度编码器自身的精度、频率响应和分辨力要求也越来越高。现有技术中，普遍侧重优化角度编码器精度、频率响应和分辨力，但也带来它的体积、质量和制作成本不同程度的增加，这点限制了角度编码器的推广。2001年中国研制成功了当时体积最小、重量最轻的一种角度编码器，它的厚度是45mm。直到今天它的厚度在性能水平相近的角度编码器中还是属于很薄的，但这已经不能满足现实应用的需要了。因此，研发小型化和轻量化且兼顾测量可靠性和制造成本的角度编码器有迫切的必要性。

角度编码器中主要的一类是绝对式编码器，它是直接输出数字量的传感器，它的特点是可以直接读出角度坐标的绝对值，没有累积差，电源切除后位置信息不会丢失。

角度编码器的内部主要构成包括光学度盘、照明部件和光敏部件共同组成的绝对式编码测角光照系统。绝对式编码测角光照系统中光照强度的均匀性和对光学度盘的光照方向的稳定性直接影响整个角度编码器的性能水平的高低，由于角度编码器在测量工作中需要适应各种复杂的工作环境，如果其绝对式编码测角光照系统在受到振动或温度变化干扰时不够稳定，那么角度编码器测量得到的结果也是不可靠的。

现有的绝对式编码测角光照系统中，照明部件和光敏部件分别布置在光学度盘的两侧，照明部件的出射光线透射过光学度盘后再到达光敏部件。此光学度盘在测量时绕旋转轴运动到不同的位置时，光敏部件接收到的由光学度盘上的刻画投影成像而产生的光信号是不同的，不同的光信号最后被处理转换成不同的电平信号输出，再由处理器换算成测量结果。由于光敏部件所采集的光信号需要有一定的宽度，以及照明部件例如发光二极管发出光束的发散角的特性，为了保证光敏部件接收到的光信号质量，发光二极管到光学度盘刻画面需要有足够的距离，即绝对式编码测角光照系统需要一定的总体光程。也正是这个光程要求限定了角度编码器结构设计上的空间厚度的设定。