基于微机电系统技术的投影型微光学编码器.pdfVIP

维普资讯 第 23卷 第 8期 光 学 学 报 Vo1．23，No．8 2003年 8月 ACTA OPTICA SINICA August，2003 文章编号 ：0253—2239(2003)07—1005—3 基于微机 电系统技术的投影型微光学编码器* 李以贵 远藤哲生 羽根一博 ，1上海交通大学微纳米技术研究院，上海 200030 、 ＼2日本东北大学机械电子系，日本仙台市，980—8579／ 摘要 ： 对投影型微光学编码器 的原理进行 了分析 ，结合微机 电系统集成技术 ，提 出并实现 了投影 型微光学编码 器 。它是利用微机 电系统集成技术将标尺光栅 、指示光栅 、光 电二极 管集成化构成投影型光栅微编码器 。它具有 体积小 、光路调整容易的特点 。实验结果表明，利用微细加工制作微光学编码器是完全可行 的。该器件较之传统 的光学编码器在经济性及小型化等方面具有非常 明显的优势 。 关键词 ： 微型光机 电系统 ；投影型编码器 ；光栅成像 中图分类号 ：TH741 文献标识码 ：A 1 引 言 我们利用微机 电系统集成技术研制成功标尺光 栅 、指示光栅 、光 电二极管 (PD)集成化构成投影型 光栅编码器是实现位置测量 的常用方法之一 。 微光栅编码器 。它具有小型 ，光路调整容易的特点。 两枚平行衍射光栅构成 的平行式编码器的构造既简 单又便宜 ，最适合一般 的应用场合 。但是 ，近年来随 2 原 理 着高精度测量的需要，对编码器的精度 、分辨率的要 求也提高了。要提高编码器的分辨率 ，方法之一是 2．1 光栅成像 把衍射光栅 的栅距加工得很小 。但是光栅栅距变小 图 1所示为 3枚衍射光栅平行组成的光学系统 。 后 ，光受衍射 的影 响就不能忽略，平行式编码器的光 非相干光源照射到标尺光栅上 。成像光栅 G 上成像 栅栅距也存在这种衍射的极限。分辨率要求更高的 可用光学传递函数进行解析 “]，用下式表示 ： 场合 ，一般用干涉型激光编码器 。由于是利用衍射 F(J)一II(2ap)exp(i丌2ornp)I1土(一mpVJ~2Ze]I× 光 的干涉 ，光源是激光 ，而且要 由许多光学部件构 成 ，所 以系统既复杂又 昂贵 。 sinc{4∞[土(一m^p＼X／2z。J])， 为 了用 简单 的光 学 系统 来 解 决 上 述 问题 ， for+ mp 一 2E≤ J≤ mp Pattlgrew5¨研究了远距离工作的投影型编码器 。3枚 等栅距 的衍射光栅等间隔平行放置 的情况下，即使 for一 ≤ d≤ + 2c (1) 利用非相干光源及远 间隔也能获得高对 比度信号 。 但是 3枚光栅 的投影型编码器与平行式编码器 比 其 中 为空间频率 ，P为光瞳光栅栅距 ，2e为光瞳光 较 ，光栅 的准直在 3枚光栅之 间进行 ，并且增加 了部 栅狭缝 的幅宽，为光栅 间距离 ，为光源 的波长 ，m 件数量 。张海联等I2]提出了用反 向调制照明法分析 为整数 。Ⅱ(z)为栉型函数 ： 光栅成像效应 的观点 ，研究了光栅系统 的反 向衍射 干涉效应 ，成功地揭示 了泰伯效应与劳效应 的