光学位置编码器制造技术

公开了一种光学编码器系统，包括可移动目标，该可移动目标被布置为提供取决于目标在系统内的位置的变化的反射。发射器位于目标的第一侧以照射目标，传感器位于目标的第一侧以感测来自目标的反射，其中感测到的反射取决于目标在系统内的位置。还公开了用于在这种系统中使用的目标和传感器模块、包括这种系统的设备以及使用这种系统确定移动目标的位置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学位置编码器
本公开涉及一种光学编码器，尤其但不排他地，涉及一种光学编码器系统和使用这种系统确定移动目标位置的方法。
技术介绍
本公开涉及光学编码器，该光学编码器是用于通过使用光的透射产生数字信号来测量目标的位置的设备，该数字信号随着目标或固定到目标或与目标相关联的其他组件的位置而变化。光学编码器有两种类型的机械配置：旋转编码器和线性编码器。旋转编码器最常见于运动控制系统，而线性编码器更具体地用于线性定位应用，如活塞或致动器监控系统。旋转编码器使用光学感测技术，该技术依赖于平面编解码盘的旋转，该盘上具有不透明和透明的标记或线条的图案。盘由圆形截面的轴旋转，使得来自发光二极管(light-emittingdiode，LED)或类似物的光束照在盘的区域上，并且盘上的标记充当遮挡和不遮挡光的快门。位于盘与光源相对的一侧的光电检测器在交替光束通过盘孔时感测该光束，并将接收到的光图案转换成电信号，该电信号代表盘在特定时间点的角位置。电信号可以形成编码器的输出，该输出可以随后被控制系统使用。在线性编码器的情况下，旋转轴由线性移动组件代替，类似编码的盘或条位于该线性移动组件上，光源设置在一侧，光电检测器设置在相对侧，用于检测穿过条的一部分的光透射。图1示出了已知绝对位置编码器100的示例。这具有安装在旋转轴104上的图案化盘102，并且包括设置在盘102一侧的八个LED106的阵列和设置在盘102相对侧的八个光电检测器108的相应阵列。在这种情况下，固定狭缝阵列110设置在盘102和光电检测器108的阵列之间，使得只有穿过盘102和固定狭缝阵列110的光撞击光电检测器108。在这种布置中，八个LED106和光电检测器108可以代表八位，使得光电检测器108在检测到透射通过盘102的光时产生的电信号形成八位二进制输出112。因此，可以基于检测到的透射通过盘102的光的模式来确定盘102在任何时间点的角位置。与这种已知的光学编码器相关联的一些问题是它们需要N个LED和光电检测器，其中N是编码位的数目。这导致了较大的外形因素和材料清单，进而增加了制造成本。此外，组件经受的任何振动都可能导致LED、盘、狭缝或光电检测器中的一个或多个的未对准，这可能导致系统产生的电信号中的误差。因此，本公开的目的是提供一种解决上述问题中的一个或多个或者至少提供一种有用的替代方案的光学编码器。
技术实现思路
总的来说，本公开提出通过测量移动目标的反射(reflectance)而不是通过移动目标的光的透射来克服上述问题。这种布置不仅减少了任何振动的影响，而且只需要安装在目标同一侧的单个发射器和光电检测器，从而减少了外形因素、材料清单和制造成本。根据本公开的一个方面，提供了一种光学编码器系统，包括:可移动目标，其被布置为提供取决于目标在系统内的位置的变化的反射；发射器，位于目标的第一侧以照射目标；以及传感器，位于目标的第一侧上以感测来自目标的反射，其中感测到的反射取决于目标在系统内的位置。因此，本公开的实施例提供了一种光学编码器系统，该光学编码器系统被配置为测量来自可移动目标的反射，其中反射取决于目标在系统内的位置(例如线性或角度)而变化。因此，可以从任何时间点的反射的测量来确定目标的精确位置。有利地，变化的反射允许确定目标的位置，因为不同的位置将导致不同的反射。感测到的反射可以取决于以下中的一个或多个：反射率(reflectivity)、形状、配置、图案、颜色、材料或目标的其他特征。应当理解，术语“照射”在这里用于表示发射信号在目标上的入射。然而，发射的信号可以是也可以不是可见光信号。在一些实施例中，发射的信号可以是电磁波谱的不可见部分中的电磁波(例如红外(infra-red，IR)或紫外(ultra-violet，UV)信号)。目标可以被布置为使得在操作期间至少一部分被设置在离传感器固定距离处。然而，应当理解，所述部分将取决于任何时间点处的目标在系统内的位置。例如，在第一操作期间，第一部分可设置在距传感器固定距离处，而在第二操作期间，第二不同部分可设置在距传感器固定距离处。目标可以被配置为提供连续变化的反射(例如线性变化的反射)或离散变化的(例如不连续变化的)反射。目标可以被配置为线性移动或旋转移动。目标可以具有至少一个与传感器的视野的至少一个维度基本相似的维度。目标可以包括以下中的一个或多个：被布置为提供变化的反射的图案、形状或配置。目标可以包括被布置为提供变化的反射的一个或多个开口或间隙。该系统还可以包括模数转换器(analoguetodigitalconverter，ADC)，该模数转换器被配置为将感测到的反射转换成数字信号用于处理。该系统还可以包括处理器，该处理器被配置为将感测到的反射映射到目标的位置。处理器可以与传感器一起结合到传感器模块中，或者可以单独设置，例如，设置在控制设备中。在处理器与传感器分离的情况下，传感器可以被配置为向处理器传输代表感测到的反射的信号。该系统可以被校准，使得最小反射(例如，检测到的零光子或ADC计数为零)对应于目标的第一位置，最大反射(例如，检测到的最大光子或ADC最大计数)对应于目标的第二位置，并且第一和第二位置之间的位置可以基于在最小和最大反射之间测量的反射的量来确定。发射器可以包括光源，例如发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，VCSEL)或其他激光器。传感器可以包括单光子雪崩二极管(singlephotonavalanchediode，SPAD)或其他光电二极管。发射器可以被配置为提供红外辐射(infraredradiation，IR)，传感器可以被配置为感测红外辐射。目标可以是条、盘或圆柱体(例如轮子)的形式。在一些实施例中，目标的第一侧可以是圆柱体的外侧，而在其他实施例中，目标的第一侧可以是圆柱体的内侧。根据本公开的第二方面，提供了一种用于在上述系统中使用的可移动目标，该目标具有取决于该目标在系统中的位置的变化的反射。根据本公开的第三方面，提供了一种用于在上述系统中使用的传感器模块，该传感器模块可以包括被配置为感测来自目标的反射的传感器以及被配置为将感测到的反射映射到目标的位置的处理器，其中感测到的反射取决于目标在系统内的位置。根据本公开的第四方面，提供了一种包括如上所述的光学编码器系统的设备。根据本公开的第五方面，提供了一种确定移动目标位置的方法，包括:提供如上所述的光学编码器系统；将目标移动到待确定的位置；照射目标；以及感测来自目标的反射，其中感测到的反射取决于目标在系统内的位置。本公开的实施例可以采用环境光消除和/或串扰消除技术。现有技术的光学编码器需要结合有孔图案的目标，该孔图案被配置为允许多对发射器和光电检测器之间的光传输，以便提取目标的位置。这要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学编码器系统，包括:/n可移动目标，其被布置为提供取决于所述目标在系统内的位置的变化的反射；/n发射器，位于所述目标的第一侧以照射目标；以及/n传感器，位于所述目标的所述第一侧以感测来自所述目标的反射，其中感测到的反射取决于所述目标在系统内的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180830 US 62/724,7471.一种光学编码器系统，包括:
可移动目标，其被布置为提供取决于所述目标在系统内的位置的变化的反射；
发射器，位于所述目标的第一侧以照射目标；以及
传感器，位于所述目标的所述第一侧以感测来自所述目标的反射，其中感测到的反射取决于所述目标在系统内的位置。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标被布置为使得在操作期间至少一部分被设置在距传感器固定距离处。


3.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标被配置为提供连续变化的反射。


4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标被配置为提供线性变化的反射。


5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述目标被配置为提供离散变化的反射。


6.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标被配置用于线性移动。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述目标被配置用于旋转移动。


8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标具有至少一个与所述传感器的视野的至少一个维度基本相似的维度。


9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标包括以下一个或多个：被布置为提供变化的反射的图案、形状或配置。


10.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述目标包括被布置为提供变化的反射的一个或多个开口或间隙。


11.根据任一前述权利要求所述的系统，还包括模数转换器(ADC)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：V埃勒，N格纳尼亚，
申请(专利权)人：ams传感器新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG