使用反射照明光的光学位置传感系统和方法技术方案

公开了一种用于有限旋转发动机的位置传感系统，该位置传感系统包括照明源和与所述照明源相邻的多个检测器区，所述照明源向与有限旋转发动机的转子一起旋转的照明反射器引导照明光，所述多个检测器区用于从所述照明反射器接收调制的反射照明光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于驱动诸如反射镜的光学元件从而引导扫描仪中 的光束的有限旋转发动机(limited rotation motor),具体地涉及用 于这样的有限旋转发动机的位置传感器。
技术介绍
用于有限旋转发动机的位置传感器典型地包括可移动元件和固 定元件，所述可移动元件与有限旋转发动机的转子相连接。例如，美 国专利No.3970979 />开了 一种使用电容板来确定有限旋转发动机的 转子的相对位置的电容位置传感器。美国专利No.4864295也公开了 一种电容位置传感系统。尽管电容位置检测系统适合某些有限旋转发 动机应用，但其它应用要求比电容位置检测系统所提供的位置检测更 精确的位置检测。美国专利No.5235180已经公开了通过光学传感技术进行的位置 检测，其使用一对发光二极管、包括与转子轴相连接的交替的漫射表 面和反射表面的旋转元件、和从旋转元件的反射表面接收反射光的四 象限电池(quad cell)检测器。美国专利No.5671043公开了一种位置检测系统，其中，第一光 源和第二光源对着固定在转子轴上的不透明元件。当该轴旋转时，该不透明元件交替地阻挡光，以使其不能到达围绕不透明元件的旋转轴 线i文置的四个固定位置光电池。美国专利No.5844673 7>开了一种位置检测器，其包括将光向围绕转子轴放置的多个光电检测器引导的固 定位置轴向光源、和与转子一起旋转的蝶形阻挡部件。美国专利No.6921893公开了 一种用于扫描装置的位置检测系 统，所述位置检测系统包括位于旋转轴的任意一侧上的一对光源、相 对于该轴固定的多个检测器、以及置于光源和检测器之间的旋转光阻 挡器。然而，这样的位置检测系统涉及光源与光电检测器的精确的对准 及匹配，还要求转子轴穿过电子电路的平面，这样增加了制造成本和 对准复杂度。在某些应用中，也希望提供这样一种位置检测系统，其 具有减小的漂移、对于机械的未对准的较小的灵敏度和较低的电气噪 声，但包括较少的部件、较小的大小和较低的制造成本来生产。因此，需要一种用于有限旋转发动机系统的改进的位置检测系 统，更具体地说，需要有效、经济地生产的用于有限旋转发动机系统 的位置检测系统。
技术实现思路
本专利技术提供一种根据实施例的用于有限旋转发动机的位置传感 系统，该位置传感系统包括照明源和多个检测器区。该照明源向与有 限旋转发动机的转子一起旋转的照明反射器引导照明光，所述多个检 测器区与照明源相邻并用于从照明反射器接收调制的反射照明光。根据另 一个实施例，本专利技术提供用于这样的有限旋转发动机的位 置传感系统，该位置传感系统包括照明源和多組功能互补的检测器区 对，所述照明源向与有限旋转发动机的转子一起旋转的照明反射器引 导照明光，而所述多组功能互补的检测器区对基本上与照明源在同一 平面并围绕该照明源，以便从照明反射器接收调制的反射照明光。根据又一 实施例，本专利技术提供一种在有限旋转发动机系统中提供 相对位置信号的方法。该方法包括下述步骤从照明源向与有限旋转 发动机的转子一起旋转的照明反射器引导照明光；以及在多组功能性 互补的检测器区对处接收来自照明反射器的调制的反射照明光，所述多组功能性互补的检测器区对基本上与照明源在同 一平面并围绕该 照明源。附图说明参考附图可以进一步理解下述说明部分，在附图中图1示出了根据本专利技术的实施例的位置传感系统的示意性概略等轴视图(isometric view );图2示出了如图l所示的位置传感系统中的反射元件的示意性概略等轴底视图3示出了如图l所示的位置传感系统的光源和检测电路的示意 性概略平面图4示出了图2的反射元件的示意性概略底视图5示出了根据本专利技术的实施例的有限旋转发动机系统的示意 性概略侧截面图6示出了根据本专利技术的实施例的位置传感系统的电路图的示 意性概略碎见图；以及图7示出了根据本专利技术的又一实施例的位置传感系统的示意性 概略功能视图。附图仅出于示意性目的被示出。具体实施例方式根据实施例，本专利技术提供一种位置传感器，其包括光源、光调制 器、多段光检测器和支持电子电路。通过将从光源发射的辐射反射地 调制到相邻检测器的不同段来操作传感器。位置传感器可以与有限旋 转发动机一起使用，并且这样的有限旋转发动机可以用于例如各种激 光扫描应用，诸如高速表面测量术。另外的激光处理应用包括激光焊 接(例如高速点焊)、表面处理、切割、钻孔、标记、修整(trimming )、 激光修理、快速成型、形成微结构、或在各种材料上形成纳米结构的 稠密阵列。在另外的实施例中，本专利技术可以用于其它应用，包括如例如美国专利No.5252923的图1和相关正文所公开的参考输入扫描和 共焦显微术，其包括其中示出的物体12、物平面14、像平面16、激 光源18、扫描透镜20、检测器26和光栅扫描显示器40。如图1所示，系统10包括反射光调制器12和电路基板14。如 图2和图4所示，反射光调制器12在其下侧具有三对交替的反射表 面16和光吸收表面18。基板14包括三对分段的检测器区20a和20b、 22a和22b、以及24a和24b (如图3进一步所示)、单个光源26 (诸 如美国加利福尼亚州San Jose的Lumileds Lighting U.S.出售的 Luxeon DS25 LED Emitter)和可选择的挡光板28 (light baffle )(例 如O-环)，其阻挡任何直射光线，否则该直射光线将从光源直接投 射到检测器段中的任何一个。某些发射器可能不需要这样的挡光板。 在各种实施例中，光源可以由各种类型的发射器提供，并且还可以包 括将照明光从远程地点传递到该装置的一根或多根光纤。检测器还可以可选择地包括无效区(inactive region)(诸如处 于检测器下方的中心区)，其可能被诸如金属膜的不透明层遮盖，从 而使光不能到达基板并在基板中产生可以影响信号的电荷。优选的 是，检测器区20a、 20b、 22a、 22b、 24a和24b由一个单片检测器形 成，并且包含如图3所示的按照大体六元环(hexatropic)的形式形 成的六个有效区(active region),尽管有可能使用具有图案化的有 效区的离散检测器或限定有效区的掩模来制造阵列。也可能制造包括 1、 2、 3或更多对检测器的实施例的系统，尽管为了获得宽的扫描角 度和增加的信号电平以及求取平均值(averging)，对于光学扫描仪 检流计来说3是优选的。优选地在850 nm发射的LED光源26是单 个元件并且被直接安装到检测器的无效区中的检测器的中心。该光源 不必一定是LED,因此它可以是VCEL激光芯片或磷光点或发射合 适的锥形图案的辐射的任何小光源，从而该辐射可以被调制器调制并 被均匀地引导到检测器上而没有偏离的杂散辐射。反射光调制器12 的中心和外周区优选地为吸收性的，并且反射区16主要为镜面的。优选的是，吸收区(18)与镜面区在发射器的波长下形成显著对比。7光调制器优选为使用光刻工艺图案化的刚性单片硅结构，其中， 反射区是镀金的，而吸收区为抗反射的被涂敷的硅。可供替换地，可 以在硅基板或诸如但不限于电化成型金属的另一个基板上使用诸如黑色铬、黑色镍、或黑色氧化物的漫射黑色物(diffuse blac本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于有限旋转发动机的位置传感系统，该位置传感系统包括照明源和与所述照明源相邻的多个检测器区，所述照明源向与有限旋转发动机的转子一起旋转的照明反射器引导照明光，所述多个检测器区用于从所述照明反射器接收调制的反射照明光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K西多尔，A皮纳德，K普鲁因，
申请(专利权)人：杰斯集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]