CN116878392A - 一种线位移传感系统及光发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线位移传感系统及光发射装置，光发射装置包括支架、光源组件、反射元件和光学镜组件，光源组件、反射元件和光学镜组件分别设置于支架上，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使得光源组件出射的光入射至反射元件，反射元件将光反射至光学镜组件，光学镜组件使光透射过，使光以预设形式出射。本发明线位移传感系统的光发射装置中设置反射元件，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使光源组件出射的光经过反射到达光学镜组件，将光源组件到光学镜组件的光路折转，能够使光源组件到光学镜组件的垂直距离减小，从而能够使光发射装置的体积减小，高度降低。

Description

一种线位移传感系统及光发射装置

技术领域

本发明涉及光学系统领域，特别是涉及一种线位移传感系统的光发射装置。本发明还涉及一种线位移传感系统。

背景技术

在精密测量与自动控制领域，采用光栅测量位移，在国际上被公认为是实现高精度最实用、最经济、最可靠的技术解决方案。比如，光栅尺测量机构是实现这一方案的代表性产品，被广泛应用于各种数控机床、半导体设备、自动化测量设备中。

基于光栅的线位移传感系统包括标尺光栅、光发射装置、光接收装置、指示光栅和电信号处理装置，光发射装置的出射光照射至标尺光栅，标尺光栅产生的图案再经过指示光栅后在一定距离处形成明暗图案，当标尺光栅与指示光栅相对运动时，照射至标尺光栅的光得到调制，产生相应的明暗图案，光接收装置接收明暗图案，将光信号转化为电信号，通过对电信号处理可以获得标尺光栅和指示光栅之间的相对位移。

随着高精度设备的微型化、高集成化的应用需求不断增长，要求设备的各子系统体积越来越小、集成化越来越高。然而现有基于光栅的线位移传感系统的光发射装置体积较大，高度难以降低，不利于满足微型化需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种线位移传感系统的光发射装置，与现有技术相比能够使体积减小，高度降低。本发明还提供一种线位移传感系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种线位移传感系统的光发射装置，包括支架、光源组件、反射元件和光学镜组件，所述光源组件、所述反射元件和所述光学镜组件分别设置于所述支架上，所述光源组件和所述光学镜组件设置于所述反射元件的同一侧，使得所述光源组件出射的光入射至所述反射元件，所述反射元件用于将所述光反射至所述光学镜组件，所述光学镜组件用于使所述光透射过，使所述光以预设形式出射。

可选地，所述支架设置有腔，使所述光在所述腔内行进，所述腔设置有第一腔口，所述光学镜组件设置于所述第一腔口处，在所述腔位于所述反射元件和所述光学镜组件之间的腔壁上设置有至少一个台阶，所述台阶用于阻挡所述光中的杂光入射至所述光学镜组件。

可选地，所述台阶为沿着所述腔壁形成的环状台阶。

可选地，所述至少一个台阶包括设置于所述第一腔口的第一台阶，所述第一台阶用于放置所述光学镜组件。

可选地，所述支架设置有腔，使所述光在所述腔内行进，所述腔设置有第二腔口，所述反射元件设置于所述第二腔口处。

可选地，在所述第二腔口的端边设置有凹槽，使得所述反射元件放置于所述凹槽。

可选地，在所述凹槽的端点处设置有与所述凹槽连通的点胶槽。

可选地，所述光源组件包括基座和设置于所述基座上的光源，所述基座设置有第一定位孔，所述支架设置有第二定位孔，通过定位销穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔实现将所述光源组件与所述支架定位。

可选地，所述第二定位孔为螺纹孔，所述定位销设置有螺纹，通过所述定位销穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔且所述定位销与所述第二定位孔螺纹连接，实现将所述光源组件与所述支架固定。

一种线位移传感系统，包括以上任一项所述的线位移传感系统的光发射装置。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种线位移传感系统的光发射装置包括支架、光源组件、反射元件和光学镜组件，光源组件、反射元件和光学镜组件分别设置于支架上，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使得光源组件出射的光入射至反射元件，反射元件将光反射至光学镜组件，光学镜组件用于使光透射过，使所述光以预设形式出射。本发明线位移传感系统的光发射装置中设置反射元件，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使光源组件出射的光经过反射到达光学镜组件，将光源组件到光学镜组件的光路折转，能够使光源组件到光学镜组件的垂直距离减小，从而能够使光发射装置的体积减小，高度降低。

本发明提供的一种线位移传感系统，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的线位移传感系统的光发射装置的结构及光线传播示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种线位移传感系统的光发射装置的结构分解示意图；

图3为图2所示的线位移传感系统的光发射装置的光线传播示意图；

图4为图2所示的光发射装置的支架从光源组件所处方位观察的示意图；

图5为图2所示的光发射装置的支架从反射元件所处方位观察的示意图；

图6为图2所示的光发射装置的支架从光学镜组件所处方位观察的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

10-光源，11-透镜，100-支架，101-基座，102-反射元件，103-光学镜组件，104-第一腔口，105-第一台阶，106-第二腔口，107-凹槽，108-点胶槽，109-第三腔口，110-第二定位孔，111-第一定位孔，112-螺钉，113-指示光栅。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

现有基于光栅的线位移传感系统的光发射装置体积较大，高度难以降低，不利于满足微型化需求，可参考图1，图1为现有的线位移传感系统的光发射装置的结构及光线传播示意图，如图所示，光源10发出的发散光直接照射至透镜11，透镜11将发散光变换成准直光后输出。这种结构的光发射装置难以进一步减小体积，减小高度。

针对此，本实施例提供一种线位移传感系统的光发射装置，与上述现有的光发射装置相比能够使体积减小，高度降低。具体地，本实施例提供的一种线位移传感系统的光发射装置包括支架、光源组件、反射元件和光学镜组件，所述光源组件、所述反射元件和所述光学镜组件分别设置于所述支架上，所述光源组件和所述光学镜组件设置于所述反射元件的同一侧，使得所述光源组件出射的光入射至所述反射元件，所述反射元件用于将所述光反射至所述光学镜组件，所述光学镜组件用于使所述光透射过，使所述光以预设形式出射。

本实施例的线位移传感系统的光发射装置中设置反射元件，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使光源组件出射的光经过反射到达光学镜组件，将光源组件到光学镜组件的光路折转，能够使光源组件到光学镜组件的垂直距离减小，从而能够使光发射装置的体积减小，高度降低。

光学镜组件与反射元件可以是相互分立的部件，两者为分体式，这样便于加工以及安装，有助于降低成本。示例性地可参考图2和图3，图2为一实施例提供的一种线位移传感系统的光发射装置的结构分解示意图，图3为图2所示的线位移传感系统的光发射装置的光线传播示意图，如图所示，光源组件、反射元件102和光学镜组件103分别设置于支架100上，光源组件包括基座101和设置于基座101上的光源10，光源组件和光学镜组件103设置于反射元件102的同一侧。如图3所示，光源10出射的光入射至反射元件102，反射元件102将光反射至光学镜组件103，光学镜组件103使光透射过而出射。可将图3与图1所示的现有光发射装置相比较，可以看出，本实施例的光发射装置设置反射元件102，将光源组件到光学镜组件103的光路折转，利用了这种反射式光路结构，在输出的准直光面积一致的情况下，本实施例的光发射装置体积较小，高度H小于现有光发射装置的高度H₁。

本实施例中，对反射元件102的结构不做限定，反射元件102可采用但不限于反射镜。对光学镜组件103的结构不做限定，光学镜组件103可包括一片或者多片透镜，在实际应用中可以根据应用需求、成本要求进行设置。在图3所示的光发射装置中，光学镜组件103包括一片透镜，光源10发出发散光，该透镜使发散光通过后变成准直光，使光以平行光形式出射。

本实施例中，对支架100的结构不做限定，只要能够使光源组件和光学镜组件103设置于反射元件102的同一侧，光源组件出射的光入射至反射元件102而后被反射至光学镜组件103即可。在一些实施方式中，支架100设置有腔，使光源组件出射的光在所述腔内行进，能够入射至反射元件102以及光被反射元件102反射至光学镜组件103。

支架100的腔可设置有第一腔口104，光学镜组件103设置于第一腔口104处，进一步地，在所述腔位于反射元件102和光学镜组件103之间的腔壁上可设置有至少一个台阶，所述台阶用于阻挡所述光中的杂光入射至光学镜组件103，使得所述光中的杂光不会入射至光学镜组件103，以保证透射过光学镜组件103后的出射光是以想要的形式出射，避免有杂光。在腔的该部分腔壁上设置的所述至少一个台阶起到了光阑滤波的作用。杂光是指光线方向相对于所述光的光轴的角度较大的光线。示例性地可参考图4、图5和图6，图4为图2所示的光发射装置的支架从光源组件所处方位观察的示意图，图5为图2所示的光发射装置的支架从反射元件所处方位观察的示意图，图6为图2所示的光发射装置的支架从光学镜组件所处方位观察的示意图。如图6所示，支架100设置有第一腔口104，使得光学镜组件103设置于第一腔口104处，从第一腔口104向腔内看，可以看到在腔壁设置有多个依次排列的台阶，该多个台阶沿着从第一腔口104到第二腔口106的方向依次排列，形成阶梯，这种结构便于加工。

可选地，台阶可以为沿着所述腔壁形成的环状台阶，环状台阶可以是但不限于方形的环状台阶或者圆形的环状台阶，在实际应用中可以根据对光发射装置出射光的横截面形状要求来设置，比如要求本光发射装置出射光的横截面形状为方形，相应需要设置方形的环状台阶，形成光阑。

可选地，可以是所述至少一个台阶包括设置于所述第一腔口104的第一台阶105，所述第一台阶105用于放置所述光学镜组件103。第一台阶105形成一种卡槽，使得可以将光学镜组件103放置于其内以将光学镜组件103安装。因此在支架100的腔壁设置所述多个台阶，不仅有定位作用，还有光阑滤波作用。光学镜组件103可以与支架100的卡槽即第一台阶105粘接。可以但不限于使用热固胶进行粘接。

支架100的腔可设置有第二腔口106，反射元件102设置于第二腔口106处，这样便于安装反射元件102。可选地，可以是在第二腔口106的端边设置有凹槽107，使得反射元件102放置于凹槽107，反射元件102的端边放置于凹槽107，凹槽107形成用于安装反射元件102的固定槽。可选地，反射元件102可以与凹槽107粘接。可选地，可在凹槽107的端点处设置有与凹槽107连通的点胶槽108。示例性地可参考图5，在第二腔口106的端边设置有凹槽107，在凹槽107的四个端点处分别设置有点胶槽108，便于点胶加固。在图5所示中，凹槽107形成方形轮廓的固定槽，以与反射元件102的形状匹配。点胶槽108为半圆形凹槽，可以但不限于使用热固胶进行粘接。

支架100的腔还可设置有第三腔口109，光源组件设置于第三腔口109处，光源组件出射的光通过第三腔口109进入支架100的腔内传播。可参考图3所示，光源10对着第三腔口109，光源10的出射光通过第三腔口109进入并通过支架100的腔行进，入射至反射元件102。

本实施例中，对光源组件的结构不做限定。在一些实施方式中，光源组件包括基座101和设置于所述基座101上的光源10。优选地，基座101设置有第一定位孔111，所述支架100设置有第二定位孔110，通过定位销穿过第一定位孔111和第二定位孔110实现将光源组件与支架100定位。应用于线位移传感系统的光发射装置中对光源的定位精度有要求，本实施例中通过采用上述定位结构，能够提高定位精度，定位精度能够控制在0.01毫米内。

本实施例中，对基座101上第一定位孔111的数量、支架100上第二定位孔110的数量不做限定。优选地，基座101设置有多个第一定位孔111，支架100设置有多个第二定位孔110，在这种实施方式下，优选基座101设置的多个第一定位孔111以光源10对称分布，相应地支架100设置的多个第二定位孔110对称分布，有助于提高对光源10的光轴定位的精度。示例性地可参考图2和图4，基座101设置有两个第一定位孔111且对称分布，支架100设置有两个第二定位孔110，以第三腔口109对称分布。

进一步优选地，第二定位孔110为螺纹孔，所述定位销设置有螺纹，通过所述定位销穿过所述第一定位孔111和所述第二定位孔110且所述定位销与所述第二定位孔110螺纹连接，实现将所述光源组件与所述支架100固定。因此，通过第一定位孔111、第二定位孔110以及定位销不仅起到定位作用，并且起到将基座101和支架100固定的作用。其中，第二定位孔110形成螺纹孔，定位销可以采用螺钉112，可称为定位螺钉。

光源10可以是固晶在基座101上，固晶可采用银胶或者锡膏，基座101可采用玻璃化温度较高的印制电路板(PCB)或铝基板，光源10可采用850nm的红外光源。光学镜组件103包括的透镜可以是球面透镜或者非球面透镜，透镜采用非球面设计时，透镜的非球面根据以下公式表示：

其中，c＝1/R；z表示非球面上距离光轴为x的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对距离；R表示曲率半径；x表示非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；k表示圆锥系数；a_i表示第i阶非球面系数。

透镜可使用光学玻璃材质，如D-ZLAF52，通过采用膜造工艺进行加工制造，有效保证尺寸误差进而保证光学系统输出光的准直性。相比冷加工成本较低。

本线位移传感系统的光发射装置可以是一种大面积准直光源结构，具有以下优点：1、分体式反射结构，使装置体积足够小，尤其是整体高度足够小；2、各部件加工工艺简单，利于各部件的精度保证，加工成本低；3、准直性高。

本实施例还提供一种线位移传感系统，包括以上任一项所述的线位移传感系统的光发射装置。

本实施例的线位移传感系统中，光发射装置中设置反射元件，光源组件和光学镜组件设置于反射元件的同一侧，使光源组件出射的光经过反射到达光学镜组件，将光源组件到光学镜组件的光路折转，能够使光源组件到光学镜组件的垂直距离减小，从而能够使光发射装置的体积减小，高度降低。

本实施例的线位移传感系统还可包括标尺光栅、指示光栅113以及光接收装置。指示光栅113一般为反射式光栅，可以采用相位光栅结构，也叫复振幅光栅。指示光栅113可以采用光栅掩膜。标尺光栅可以是以钢带、玻璃陶瓷为基材进行刻划或者蚀刻上周期性的刻线而成。

以上对本发明所提供的一种线位移传感系统及光发射装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，包括支架、光源组件、反射元件和光学镜组件，所述光源组件、所述反射元件和所述光学镜组件分别设置于所述支架上，所述光源组件和所述光学镜组件设置于所述反射元件的同一侧，使得所述光源组件出射的光入射至所述反射元件，所述反射元件用于将所述光反射至所述光学镜组件，所述光学镜组件用于使所述光透射过，使所述光以预设形式出射。

2.根据权利要求1所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述支架设置有腔，使所述光在所述腔内行进，所述腔设置有第一腔口，所述光学镜组件设置于所述第一腔口处，在所述腔位于所述反射元件和所述光学镜组件之间的腔壁上设置有至少一个台阶，所述台阶用于阻挡所述光中的杂光入射至所述光学镜组件。

3.根据权利要求2所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述台阶为沿着所述腔壁形成的环状台阶。

4.根据权利要求2所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述至少一个台阶包括设置于所述第一腔口的第一台阶，所述第一台阶用于放置所述光学镜组件。

5.根据权利要求1所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述支架设置有腔，使所述光在所述腔内行进，所述腔设置有第二腔口，所述反射元件设置于所述第二腔口处。

6.根据权利要求5所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，在所述第二腔口的端边设置有凹槽，使得所述反射元件放置于所述凹槽。

7.根据权利要求6所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，在所述凹槽的端点处设置有与所述凹槽连通的点胶槽。

8.根据权利要求1所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述光源组件包括基座和设置于所述基座上的光源，所述基座设置有第一定位孔，所述支架设置有第二定位孔，通过定位销穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔实现将所述光源组件与所述支架定位。

9.根据权利要求8所述的线位移传感系统的光发射装置，其特征在于，所述第二定位孔为螺纹孔，所述定位销设置有螺纹，通过所述定位销穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔且所述定位销与所述第二定位孔螺纹连接，实现将所述光源组件与所述支架固定。

10.一种线位移传感系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的线位移传感系统的光发射装置。