[发明专利]激光光盘式角位移传感器

说明书

激光光盘式角位移传感器属精密仪器技术领域。

目前，用以作为角位移传感器进行角度的测量及定位的主要有计量光栅、各类编码器(包括光由式、电磁式、接触式、静电容量式、感应同步器，旋转变压器和磁栅等)以及激光干涉定位测量等。(《精密仪器设计》，清华大学出版社，1991年)。

本发明的目的是：设计一种高精度、高可靠性、低成本、小体积和便于实现数字化的角位移传感器。    

激光光盘式角度位移传感器是基于激光唱机(Compact Disc Player)的激光唱头——光学拾讯头(Optical Pickup)对激光唱片信号的读取原理而设计的。        

如图1所示，激光唱片携带的音乐信息是由刻蚀在唱片上的许多信号凹坑所组成，这些信号凹坑宽度为0.5μm，深度为0.11μm，长度为0.9-3.3μm不等，呈细长形。它们沿圆周方向呈同心螺旋线分布。

如图2所示，激光唱头发射出一束直径1.0μm的激光光束射在激光唱片上，再反射回激光唱头。若激光束射在信号凹坑上，由于发生散射，反射回去的光量少，激光唱头中光检测器(光敏二极管)无信号输出；反之，光束射在没有信号凹坑的地方(即平面上)，则入射光被全部反射回去，光检测器有信号输出，如图3所示。由此可构成电的数字信号(0或1)。这就是激光唱头对激光唱片的读取原理。

基于上述原理的激光光盘式角位移传感器，从结构上由两部份组成。一部份为激光唱机的光学拾讯头，另一部份为反射光盘。这里，反射光盘上信号凹坑的刻蚀格式则完全不同于用于播放音乐的激光唱片格式。反射光盘的信号凹坑呈辐射状沿径向分布(与圆光栅似)，如图4所示。制造反射光盘的材料则与激光唱片相同，制造工艺过程如下：    

1.取准备就绪的、用作制造激光唱片母盘的玻璃圆盘。

2.利用圆光栅的刻蚀工艺，按照分辨率、精度要求，对玻璃圆盘进行圆光栅方式刻蚀。

3.后续工艺过程与激光唱片制造工艺过程完全一致。

通过这样一个圆光栅的刻蚀方与激光唱片制造相结合的过程，得到一个体积大小、物理特性与激光唱片一致，信号刻蚀式与圆光栅一致的反射光盘。当反射光盘与光学拾讯头有相对转动时，光学拾讯头则输出强弱交替变换的信号，通过对此信号的处理，可以得到角位移信息。

激光光盘式角位移传感器可达很高的精度，能够方便地实现数字化，工作可靠，对环境要求不高；由于激光唱机，激光唱片的生产技术成熟、生产规模大，可以很大程度地降低生产成本，具有很大的经济效益。

实现本发明的方式是，购买激光唱机生产厂家的光学拾讯头及支持光学拾讯头正常工作的集成电路芯片，向激光唱片母板制造厂家购买玻璃圆盘，到圆光刻蚀单位刻蚀制作，再由激光唱片生产厂家由玻璃圆盘制造生产反射光盘；按照实际情况和要求安装调整光学捡讯头与反射光盘，设计细分电路和后续处理电路，即构成激光光盘式角位移传感器。