專利名稱：一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著我國對(duì)數(shù)控機(jī)床需求的不斷增加，數(shù)控機(jī)床的精度要求也越來越高，高精度的機(jī)床選擇高準(zhǔn)確度等級(jí)的光柵尺是必然的。光柵尺中光電接收元件輸出的電信號(hào)的變化取決于其接收光通量的變化，接收的光通量越大信號(hào)也就越強(qiáng)。讀數(shù)頭作為光柵測(cè)量裝置的核心部件，其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和元件選用，可以保證精度、降低成本。目前較為簡(jiǎn)單的照明系統(tǒng)采用非球面準(zhǔn)直鏡照明，具有光學(xué)零件少、尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但這種照明系統(tǒng)對(duì)光源的尺寸要求比較嚴(yán)格，小尺寸的LED光源其光通量比較低，使得輸出的電信號(hào)比較微弱，降低了光柵尺的測(cè)量精度。大尺寸的光源增加了光源的光通量，同時(shí)也增加了光源的發(fā)光面積，不能滿足照明系統(tǒng)中準(zhǔn)直性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法，LED光源經(jīng)聚光元件后不僅縮短了光源的尺寸，同時(shí)由于光線在聚光元件內(nèi)部的多次反射，光源出射的均勻性也有了很大的提高，使輸出的電信號(hào)比較穩(wěn)定，提高了光柵測(cè)量裝置的分辨率和精度。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法，該光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直透鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵、光電接收元件和驅(qū)動(dòng)電路，光源發(fā)出光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)標(biāo)尺光柵和指示光柵調(diào)制后，由光電接收元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，該方法包括如下步驟步驟一首先確定聚光元件的位置，即在光源和準(zhǔn)直透鏡中間，與光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)同光軸；步驟二 根據(jù)光柵讀數(shù)頭的具體結(jié)構(gòu)和聚光元件安裝的位置，確定光源經(jīng)聚光元件的尺寸；步驟三根據(jù)光源的實(shí)際的尺寸、光源經(jīng)聚光元件的尺寸和聚光元件所能接收的光線的最大入射半角，確定聚光元件沿軸方向的長(zhǎng)度和聚光元件的焦距。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使光源的光通量較大，光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)輸出的電信號(hào)較強(qiáng)；通過聚光元件的出射光線的準(zhǔn)直性好、平行度高；該照明系統(tǒng)用于光柵尺測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快。


圖I本發(fā)明光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2本發(fā)明光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)光源寬度與準(zhǔn)直鏡發(fā)散角的關(guān)系。圖3本發(fā)明一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法中復(fù)合拋物型聚光元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本發(fā)明一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法中復(fù)合拋物型聚光元件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用圖。圖5本發(fā)明一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法中錐形聚光元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中；1、光源,2、準(zhǔn)直透鏡,3、標(biāo)尺光柵,4、指不光柵,5、光電接收兀件,6、驅(qū)動(dòng)電路，7、聚光元件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明基于邊緣光線原理和光學(xué)擴(kuò)展量守恒原理即來自光源邊緣的光線經(jīng)光學(xué)元件后應(yīng)通過目標(biāo)元件的邊緣，并且光在傳播過程中的輻射能量保持不變。聚光元件使光源會(huì)聚在準(zhǔn)直透鏡的焦平面處，小尺寸的光源經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后可實(shí)現(xiàn)比較好的準(zhǔn)直性。準(zhǔn)直鏡的作用是將光源發(fā)出的發(fā)散角比較大的光束轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)散角盡可能小、光斑能量均勻性盡可能好的光束。一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法，該光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)包括光源I、準(zhǔn)直透鏡2、標(biāo)尺光柵3、指示光柵4、光電接收元件5和驅(qū)動(dòng)電路6，光源I 發(fā)出光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直，經(jīng)標(biāo)尺光柵3和指示光柵4調(diào)制后，由光電接收元件5將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后由驅(qū)動(dòng)電路6驅(qū)動(dòng)，該方法包括如下步驟步驟一首先確定聚光元件7的位置，即在光源I和準(zhǔn)直透鏡2中間，與光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)同光軸；步驟二 根據(jù)光柵讀數(shù)頭的具體結(jié)構(gòu)和聚光元件7安裝的位置，確定光源經(jīng)聚光元件7的尺寸b ；如圖I所示，一方面，對(duì)于單色光源1，準(zhǔn)直光束經(jīng)指示光柵4后，到達(dá)光電接收元件5的條紋對(duì)比度K的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法，該光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)包括光源(I)、準(zhǔn)直透鏡(2)、標(biāo)尺光柵(3)、指示光柵(4)、光電接收元件(5)和驅(qū)動(dòng)電路(6)，所述光源(I)發(fā)出光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(2)準(zhǔn)直，經(jīng)標(biāo)尺光柵(3)和指示光柵(4)調(diào)制后，由光電接收元件(5)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后由驅(qū)動(dòng)電路(6)驅(qū)動(dòng)，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一首先確定聚光元件(7)的位置，即在光源(I)和準(zhǔn)直透鏡(2)中間，與光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)同光軸；步驟二 根據(jù)光柵讀數(shù)頭的具體結(jié)構(gòu)和聚光元件(7)安裝的位置，確定光源經(jīng)聚光元件(7)的尺寸；步驟三根據(jù)光源(I)的實(shí)際的尺寸、光源(I)經(jīng)聚光元件(7)的尺寸和聚光元件(7) 所能接收的光線的最大入射半角，確定聚光元件(7)沿軸方向的長(zhǎng)度和聚光元件(7)的焦距。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟一中所述的確定光源經(jīng)聚光元件的尺寸有如下兩種影響因素因素一當(dāng)光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)中各部件的位置確定和準(zhǔn)直透鏡(2)的焦距確定時(shí)， 光源(I)經(jīng)聚光元件(7)的尺寸越大，光電接收元件(5)的條紋對(duì)比度越小；因素二 光源(I)經(jīng)聚光元件(7)的尺寸越大，光電接收元件(5)的條紋反差就會(huì)降低。
全文摘要
一種用于改善光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)的聚光元件的設(shè)計(jì)方法屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，該方法縮短了光源的尺寸，輸出的電信號(hào)比較穩(wěn)定，提高了光柵測(cè)量裝置的分辨率和精度。該方法包括首先確定聚光元件的位置，即在光源和準(zhǔn)直透鏡中間，與光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)同光軸；根據(jù)光柵讀數(shù)頭的具體結(jié)構(gòu)和聚光元件安裝的位置，確定光源經(jīng)聚光元件的尺寸；根據(jù)光源的實(shí)際的尺寸、光源經(jīng)聚光元件的尺寸和聚光元件所能接收的光線的最大入射半角，確定聚光元件沿軸方向的長(zhǎng)度和聚光元件的焦距。本發(fā)明使光源的光通量較大，光柵讀數(shù)頭照明系統(tǒng)輸出的電信號(hào)較強(qiáng)；通過聚光元件的出射光線的準(zhǔn)直性好、平行度高；該照明系統(tǒng)用于光柵尺測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102607415SQ20121008016
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉華, 盧振武 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所