專利名稱：確定可回轉(zhuǎn)元件角度位置的軸向發(fā)光二極管檢測器的制作方法
橫向?qū)Ρ任募旧暾堃竺绹鴮＠暾圢o.09/061,935的優(yōu)先權(quán)，該專利申請由本發(fā)明人于1998年4月17日提交。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體涉及能確定運動元件角度位置的裝置，更具體說，涉及一種光學(xué)位置檢測器，該檢測器依靠一種軸向?qū)?zhǔn)的發(fā)光二極管光源，這種發(fā)光二極管保證了位置檢測器整體尺寸減小。
旋轉(zhuǎn)元件，例如有限旋轉(zhuǎn)馬達(dá)(limited rotation motors)，常常需要精確測量其回轉(zhuǎn)位置，例如在使用旋轉(zhuǎn)鏡來控制激光束的角度位置。有多種各不相同的方法，可用于傳感與檢測旋轉(zhuǎn)運動。這些檢測器對于某些使用類型許多是可以接受的，但存在種種缺點或?qū)τ谄渌鼞?yīng)用類型不能的得到令人滿意的結(jié)果。
已發(fā)現(xiàn)使用不同的差動變壓器的技術(shù)存在不足，因為它們對于磁場的存在極為敏感。各種電位器已發(fā)現(xiàn)存在過大的機(jī)械滯后特性，而且，特別是在角度位置的平衡區(qū)域即零區(qū)域附近使用時，經(jīng)受振動和顫動，這將導(dǎo)致接觸磨損問題。此外電位器由于其機(jī)械運動而面臨壽命有限的共同問題。
電容傳感器系統(tǒng)盡管能極精確，卻需要設(shè)置在系統(tǒng)內(nèi)的(on-board)、能對電容器系統(tǒng)生成激勵的振蕩回路。這就難于將這種電路包裝在一個小的空間，從而本質(zhì)上增加了制造成本。再者，所設(shè)置運動的不導(dǎo)電蝶形元件具有巨大的慣性，這種慣性對于較小尺寸電機(jī)總慣性的增大變成大的貢獻(xiàn)者。運動板式(moving plate)電容傳感器可能具有低的慣性，卻因一系列其它缺點而受到損害，其中包括對軸的徑向運動高敏感度和隨溫度變化而產(chǎn)生高的輸出漂移。
基于使用光檢測技術(shù)的位置檢測器，也因隨時間增長而溫度不穩(wěn)定例如漂移問題而受到損害。光檢測裝置對振動敏感，并常常產(chǎn)生本質(zhì)上為非線性的運行，即使在較小范圍的旋轉(zhuǎn)運動。其它使用從擴(kuò)散器反射光結(jié)合成像物鏡的光學(xué)裝置，存在信號生成較低、精度差、尺寸大而導(dǎo)致高制造成本等問題。單光源/雙光電器件的光學(xué)位置檢測器對軸的徑向運動敏感。這一因素極為重要，因為它影響角度位置的重復(fù)性。即使轉(zhuǎn)軸有不希望的小的徑向運動，本質(zhì)上對于檢測器輸出精度存在不利的影響。
在轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人的美國專利No.5,671,043提出的位置檢測器本質(zhì)上克服了現(xiàn)有技術(shù)中位置檢測器的上述問題。但是，如果可能，希望從根本上減小這種光學(xué)檢測器的尺寸，以更進(jìn)一步提高其測量精度而不損失這一系統(tǒng)的優(yōu)點。
因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種光學(xué)位置檢測器，該檢測器能精確地檢測可回轉(zhuǎn)元件的角度位置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種位置檢測器，該位置檢測器的尺寸大為減小。
本發(fā)明的另一目的在于減少其組成元件數(shù)、簡化裝配并總體降低光學(xué)位置檢測器的制造成本。
發(fā)明概述本發(fā)明的上述目的以及另外其它目的和優(yōu)點，通過下面所說明的本發(fā)明實施例實現(xiàn)。
本發(fā)明的光學(xué)位置檢測器最好設(shè)置成鄰近一掃描器的一端。本發(fā)明依賴于利用一種具有獨特形狀的遮擋元件(推薦為蝶形)，該元件固定在構(gòu)成掃描器一部分的軸端。遮擋元件用于部分遮擋四個大面積扇形光敏元件所接受的光，該光是由單一的發(fā)光二極管光源發(fā)射的。
本發(fā)明功能的關(guān)鍵在于，將光源設(shè)置在盡可能靠近光敏元件處。此外，蝶形遮擋元件也是重要的，此蝶形元件與轉(zhuǎn)軸通過鍵連接，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，也設(shè)置在級靠近光敏元件處。光源生成一種均勻廣角光場光(uniformwide-angle field of light)，該光能同時照射全部光敏元件。這樣，本發(fā)明之位置檢測裝置作到盡可能緊湊。此外，光源緊接近光敏元件，增加了所接受輻射的強(qiáng)度，因此增加了信號的生成。上述全部功能的實現(xiàn)，不需要在蝶形遮擋元件與光源之間和遮擋元件與光敏元件之間插入元件。
廣角光源的使用使單個發(fā)光二極管能在本發(fā)明使用。單個發(fā)光二極管光源，即使在光源設(shè)置在十分靠近光敏元件處時，能同時照射全部四個光敏元件。照射到光敏元件的光沿圓周均勻分布的。這一點對于獲得高測量精度是極為重要的。當(dāng)?shù)握趽踉赃f增角度旋轉(zhuǎn)，它遞增地覆蓋和解除覆蓋新的光敏元件面積。為使裝置的輸出呈線性，新的增量區(qū)域必須像先前增量區(qū)域那樣產(chǎn)生相同的變化。這就要求光強(qiáng)在圓周均勻分布，從而使這種形式的發(fā)光二極管在本發(fā)明中的使用。
當(dāng)?shù)握趽踉D(zhuǎn)或擺動時，使得兩個光敏元件暴露出更多的面積，而使另外兩個光敏元件暴露更少的面積。光敏元件用對角交叉連接(diagonally cross-connected)，因此，一對光敏元件求和輸出增加而另一對減小。這些求和輸出隨后連接至差動放大器的相反兩邊，以生成最終的雙向線性輸出。這種交叉連接技術(shù)具有大大降低光敏元件對轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向運動誤差的敏感性。
在本發(fā)明裝置工作時，光敏元件產(chǎn)生一正比于總輻射能的電流，此輻射能是從單個光源照射到光敏元件的激勵表面。由于光強(qiáng)恒定，光敏元件的輸出正比于其暴露在光線下的的面積。在直徑上處于相反兩端的一對光敏元件所產(chǎn)生的電流被求和，隨后連接至差動放大器的的兩端以生成最終的輸出。由光敏元件的最終輸出代表可回轉(zhuǎn)或可振蕩轉(zhuǎn)軸的角度位置(轉(zhuǎn)角)。
為了更好地了解本發(fā)明及本發(fā)明另外的其它目的，提供了一至多個推薦實施例的附圖和詳細(xì)說明，本發(fā)明的范圍將在所提權(quán)利要求中指出。
附圖簡介

圖1為本發(fā)明一推薦實施例之設(shè)置在光學(xué)位置檢測器上一運動磁掃描器的橫截面圖；圖2為圖1所示運動磁掃描器的前視圖，是從圖1中Ⅱ-Ⅱ線處觀察；圖3A和3B分別為遮擋元件的蝶形設(shè)計的側(cè)視圖和前視圖，該遮擋元件用于部分覆蓋光敏元件的光敏區(qū)域，該光敏元件用于本發(fā)明的光學(xué)位置檢測器；圖4為本發(fā)明之光學(xué)位置檢測器所用兩光電器件之一的前視圖；和圖5為光電器件板組件的前視圖，包括本發(fā)明所用PC板架。
對推薦實施例的詳細(xì)說明參看附圖中的圖1和圖2，此圖描繪了本發(fā)明之一推薦實施例，該實施例包括一旋轉(zhuǎn)裝置，例如一設(shè)置在光學(xué)位置檢測器中的運動磁鐵掃描器10。盡管此光學(xué)位置檢測器是關(guān)于運動磁鐵掃描器的說明，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明的本實施例和其它實施例能加入和利用于任何檢測和傳感旋轉(zhuǎn)或擺動運動的裝置，只要這些裝置需要檢測或傳感旋轉(zhuǎn)運動或擺動運動。
更具體地說，運動磁掃描器10包括，但并不局限于，一可旋轉(zhuǎn)軸或軸組件14，該軸組件安裝在一構(gòu)成掃描器體的線圈架16內(nèi)，以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動或擺動運動。軸組件借助于一對軸承18和20安裝就位。由于運動磁掃描器確切的細(xì)節(jié)對于了解本發(fā)明并不必要，其其余組成部分就沒有必要進(jìn)一步說明。
繼續(xù)參看圖1和圖2，光線位置檢測器設(shè)置在運動磁掃描器的一端22，而另一端最好有一鏡子(未示出)，設(shè)置在轉(zhuǎn)軸端部25。鏡子可借助于任何傳統(tǒng)的方法直接固定在轉(zhuǎn)軸端部，該軸通常是指掃描器的輸出軸。正是此鏡子的旋轉(zhuǎn)運動或擺動運動對其它固定在轉(zhuǎn)軸上的其它組成部分進(jìn)行檢測。在下面的說明中將可互換地使用“旋轉(zhuǎn)”、“旋轉(zhuǎn)的”、“擺動”、“擺動的”等術(shù)語表述轉(zhuǎn)軸14的旋轉(zhuǎn)運動和擺動運動兩者。再有，術(shù)語“旋轉(zhuǎn)”、“旋轉(zhuǎn)的”、“轉(zhuǎn)動”、“可轉(zhuǎn)動”既包括完全的旋轉(zhuǎn)運動也包括部分的旋轉(zhuǎn)運動即擺動、擺動的、精確的、過渡的或振蕩運動。任何這些旋轉(zhuǎn)運動自然可轉(zhuǎn)換成直線運動也可由直線運動轉(zhuǎn)換而來，且任何這種二維運動可轉(zhuǎn)換成三維運動，也可由三維運動轉(zhuǎn)換而來。
仍參看附圖，對本發(fā)明之光學(xué)位置檢測器12的各組成部分進(jìn)行更詳細(xì)地說明。如圖所示，一蝶形遮擋元件30(在附圖3A和3B中清楚地示出)固定在轉(zhuǎn)軸的端部32處。蝶形遮擋元件30沿徑向延伸，如圖1、2、3A和3B所示，于是部分地遮擋扇形光敏元件34、36、38和40的四個大區(qū)域面積，該光敏元件分別構(gòu)成一對雙元件光電器件42、44。這種雙元件光電器件42在附圖4中清楚地示出。光電器件42和44繞轉(zhuǎn)軸圓周設(shè)置，形成與轉(zhuǎn)軸徑向相距一段距離的圓的幾段圓弧。光電器件42和44相對于遮擋元件30的位置在圖2中示出。光電器件42和44的光敏區(qū)(光敏元件34、36、38和40)部分被蝶形遮擋元件30覆蓋，該元件用不透明材料制成，對此將在下面更全面地說明。
蝶形遮擋元件30對于轉(zhuǎn)軸及其旋轉(zhuǎn)是關(guān)鍵。此外，遮擋元件30的背面距光電器件表面一較小距離A，大約為0.005至0.010英寸。這就生成一投射至光敏元件表面清晰限定的窗口邊(shadow edge)。這樣，散射光就極少有甚至沒有機(jī)會繞遮擋元件逸散至后面而損害照射區(qū)與非照射區(qū)鮮明的反差(對比度)。此外，蝶形遮擋元件30的外徑足夠大以便覆蓋光敏區(qū)，從而有助于消除與轉(zhuǎn)軸14之不希望的徑向運動相關(guān)的問題。
與轉(zhuǎn)軸14軸向?qū)?zhǔn)并沿軸向延伸的，是一單個發(fā)光二極管光源46，該光源照射四個光敏元件34、36、38和40未被蝶形遮擋元件30所遮擋的部分。本發(fā)明運行有效的關(guān)鍵在于光源46盡可能靠近光敏元件，例如距離B大約為0.1至0.15英寸。光源46應(yīng)生成能同時照射全部四個光敏元件的均勻廣角光場。這樣，位置檢測器的尺寸可盡可能緊湊。此外，光源46緊靠近光敏元件，增強(qiáng)了所接受輻射的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)所生成的信號。實現(xiàn)全部這一切，并不需要加入插入元件于其間。
下面對發(fā)光二極管光源46詳細(xì)說明。本發(fā)明使用單個發(fā)光二極管照明器即光源46。光源46固定在掃描器殼體21上，并直接對準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)軸線。光源的光直接投射向光電器件陣列。在發(fā)光二極管殼體21內(nèi)側(cè)設(shè)置一小芯片47，該芯片是實際輻射源。芯片47用一清潔透明的環(huán)氧樹脂曲線窗49所覆蓋。小的芯片尺寸與窗49的折射特性相結(jié)合使發(fā)光二極管起到點光源的作用。光在向前方向上、在全部角度是均勻強(qiáng)度分布。這是一種廣角輻射器。這對于了解本發(fā)明位置檢測器的全部功能是重要的。廣角光源意味著，即使當(dāng)發(fā)光二極管光源46設(shè)置在極其靠近光敏元件處，可使用單個發(fā)光二極管來同時照射全部四個光敏元件，以便提供一種盡可能緊湊的尺寸。此外，投射到光敏元件上的光在圓周上是均勻的。這對于獲得高精度是關(guān)鍵。當(dāng)?shù)握趽踉?0以遞增角度轉(zhuǎn)動，它遞增地對光敏元件區(qū)域面積覆蓋與解除覆蓋。這就要求光強(qiáng)在圓周均勻，從而使這種類型的發(fā)光二極管光源在本發(fā)明中得以應(yīng)用。
發(fā)光二極管光源46的的例子可以是L2690發(fā)光二極管，不過，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，能滿足上述要求的任何其它形式的光源也可用于本發(fā)明。發(fā)光二極管光源設(shè)計成以十分接近均勻的強(qiáng)度照射整個半球內(nèi)部。
當(dāng)?shù)握趽踉?0旋轉(zhuǎn)(擺動)，它使兩光敏元件36和38上更多的面積暴露，而使兩光敏元件34和40上更少的面積暴露。光敏元件是對角交叉連接的，于是從一對光敏元件的求和輸出增加而從另一對光敏元件的求和輸出減小。這些求和輸出隨后通過導(dǎo)線連接至差動放大器的兩邊，以生成最終的雙向線性輸出。此求和技術(shù)與美國專利No.5,671,043所提出的求和技術(shù)和程序是一致的，該專利在此是作為橫向參考文件。此處提供的交叉連接技術(shù)在大大減小傳感器對徑向和軸向運動誤差的敏感度方面有效。因此，本發(fā)明之位置檢測器可經(jīng)受轉(zhuǎn)軸14的彎曲和/或轉(zhuǎn)軸的跳動而不致生成等效于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的輸出。
更具體地說，如圖3A和3B所示，蝶形遮擋元件30最好是用塑料噴注模塑技術(shù)制成，從而可為極低的成本而設(shè)計。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，等效的技術(shù)和材料也可用于制造此種元件。由于塑料通常剛性并不很好，具體的蝶形遮擋元件30包括肋條48，用于起剛性增強(qiáng)件的作用以提高抗振頻率。這些增強(qiáng)元件即肋條48如圖3B所示。元件30還包括模制而成的鍵槽平面50，該鍵槽平面使遮擋元件30將自動對準(zhǔn)轉(zhuǎn)軸14。蝶形遮擋元件30的自對準(zhǔn)使其能正確對準(zhǔn)光電器件陣列的光電器件42、44。
現(xiàn)參看圖5，該圖清楚地示出了由光敏元件(激活區(qū))34和36構(gòu)成的雙元件光電器件陣列45中的一個光電器件42。光敏元件均連接至光電器件板組件52，如圖5所示。盡管在圖4中未示出，雙元件光電器件44本質(zhì)上與光電器件42一致。光電器件42和44最好是用晶片平版印刷術(shù)(wafer lithograph)制成的硅芯片的形式。光電器件激活區(qū)即光敏元件34、36、38和40為扇形，以與蝶形遮擋元件30的形狀相適應(yīng)。這種設(shè)置使本發(fā)明之光線位置檢測器12能生成對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角呈線性的輸出。圖5還示出了光敏元件芯片42和44與印刷線路板52的連接，其中，芯片與線路板的連接是用導(dǎo)線連接粘接制成以便于制造。
光電器件板56是用戶化設(shè)計的。激活的光電器件區(qū)(光敏感區(qū))為扇形，并制成與蝶形遮擋元件30的形狀匹配。扇形的角度范圍制成略大于位置檢測器預(yù)定的檢測范圍。略微超出范圍是必要的，這是考慮到制造公差。不過，并不希望將扇形制得過大，即不希望充滿四分之一圓周。因為，額外暴露光電器件面積并不必要。它們存在產(chǎn)生所不希望的系統(tǒng)噪聲的負(fù)面影響。
在工作中，當(dāng)轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)或擺動一有限的轉(zhuǎn)動角度，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的遮擋元件30，阻止一部分從發(fā)光二極管光源發(fā)射的光到達(dá)此對雙元件光電器件42和44。遮擋元件30設(shè)置成使其在其滿轉(zhuǎn)位置(fully rotatedposition)，如圖2中所示，能完全且同時阻止光源46發(fā)射的光線到達(dá)在直徑上相反位置的光敏元件34和40。在滿轉(zhuǎn)位置的另一端，遮擋元件30能阻止光線到達(dá)光敏元件36和38。在轉(zhuǎn)軸14的零位，每一光敏元件34、36、38和40的一半是被覆蓋的。
當(dāng)轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動或者，更具體說轉(zhuǎn)軸擺動時，光敏元件34、36、38和40因此被遮擋或不被遮擋。遮擋元件30吸收而不是反射從光源46發(fā)出的光。因此，遮擋元件30用不反射的不透明材料制成。
光敏元件34、36、38和40產(chǎn)生正比于投射到它們的激活表面總輻射能的電流。由于光強(qiáng)恒定，光敏元件的輸出正比于暴露在光中的面積。設(shè)置在直徑相反兩側(cè)的一對光敏元件產(chǎn)生的電流是求和后然后通過導(dǎo)線傳導(dǎo)至差動放大器的相反兩邊以生成最終輸出。具體的求和技術(shù)在美國專利No.5,671,043更清楚地做了陳述，該專利在此作為對比文件。實現(xiàn)光敏元件對的交叉連接還保證了抵消因轉(zhuǎn)軸在任何方向可能的徑向運動而導(dǎo)致的誤差是重要的。誤差抵消是由于暴露面積的對角互連的求和在遮擋元件有平移運動的情況下仍保持恒定。這可以從檢查被遮擋元件所覆蓋光電器件面積的微分幾何學(xué)可以看出。因此，徑向平移運動并不產(chǎn)生對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的等效輸出。
類似的補(bǔ)償發(fā)生在有誤差的轉(zhuǎn)軸軸向運動。不過，發(fā)生補(bǔ)償效應(yīng)的方式略有不同，是由于光照系統(tǒng)對稱共軸(on-axis)幾何學(xué)的結(jié)果。這是通過研究當(dāng)?shù)握趽踉幱诹阄粫r的效應(yīng)得出的最佳解釋。如果蝶形遮擋元件現(xiàn)在沿軸向運動，即沿旋轉(zhuǎn)軸線移動，全部四個光電器件暴露的面積將有小的但卻是相等的改變。由于上述求和然后差分放大器的技術(shù)(summing-then-differencing amplifier technique)，最后輸出信號將沒有凈變化(net change)，因此，對于軸向運動不敏感。從光敏元件的最終輸出代表可回轉(zhuǎn)(可擺動)轉(zhuǎn)軸14的角度位置(旋轉(zhuǎn)角度)。
盡管對本發(fā)明已結(jié)合具體實施例給予了說明，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在所提權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明還能有各種其它的實施例。
權(quán)利要求
1．一種位置檢測器(10)，用于檢測可回轉(zhuǎn)元件的角度位置，該元件具有一沿軸向延伸的縱向軸線，檢測器(10)包括一單獨光源(46)，用于在總體上沿縱向軸線方向射向一均勻廣角光場；多個扇形光檢測器(42,44)，對準(zhǔn)環(huán)繞可回轉(zhuǎn)元件的圓周，用于接受從所述光源(46)投射的光，所述檢測器(42,44)環(huán)繞縱向軸線設(shè)置，并距所述光源(46)一段距離，成對的所述多個扇形光檢測器是在直徑上相面對設(shè)置并電氣連接在一起，每一所述在直徑上成對連接的檢測器保證了線性輸出；光遮擋器(30)，可操作地與可回轉(zhuǎn)元件連接以隨之繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)，用于周期性地遮擋從所述光源(46)照射到所述光檢測器(42,44)的一部分光，所述光遮擋器(30)具有一表面，該表面緊密地距所述光源(46)一段距離，而其另一表面緊密地距所述光檢測器(42,44)一段距離，所述線性輸出信號可與光遮擋器(30)的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)；和輸出裝置(52)，用于接收每一對相互連接的檢測器的線性輸出作為輸入；和裝置(52)用作對各輸出彼此求和以保證對可回轉(zhuǎn)元件的角度位置的可靠測量。
2．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述多個扇形光檢測器包括四個扇形光檢測器。
3．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述光源與檢測器間的空間內(nèi)，除光遮擋器外本質(zhì)上沒有任何物體，因此，從光源來的光可直接照射到至少光遮擋器沒有遮擋的所述檢測器上的那些部分，而不經(jīng)過任何其它物體。
4．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器與光檢測器之間的空間內(nèi)本質(zhì)上沒有任何物體。
5．如權(quán)利要求2所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器與光檢測器之間的空間內(nèi)本質(zhì)上沒有任何物體。
6．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器的另一表面與夾持器的光敏感區(qū)間的間距大約0.005-0.010英寸。
7．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，光源的光發(fā)射器與光檢測器的光敏感區(qū)間的間距大約0.1-0.15英寸。
8．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器為蝶形外輪廓，并包括用于保持所述光遮擋器剛性的裝置。
9．如權(quán)利要求8所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器用塑料制成。
10．如權(quán)利要求8所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器用不反射、不透明的材料制成。
11．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，每一所述多個扇形光學(xué)檢測器包括一具有預(yù)定形狀的光敏感表面，而所述光遮擋器制成具有兩遮擋光的扇形部，每一所述扇形部設(shè)置成本質(zhì)上與所述扇形光檢測器之一的所述光敏感表面的預(yù)定形狀相匹配。
12．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，每一所述多個扇形光檢測器包括一具有預(yù)定形狀的光敏感表面，而所述光遮擋器制成具有兩光遮擋扇形部，每一所述扇形部設(shè)置成略大于所述扇形光檢測器之一的所述光敏感表面的預(yù)定形狀。
13．如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其中，所述光源包括光發(fā)射器和覆蓋所述光發(fā)射器的曲線窗。
14．如權(quán)利要求13所述的位置檢測裝置，其中，所述窗具有一種折射特性，該折射特性能使光源起點光源的作用，該點光源的光分布成在向前方向、在全部角度具有均勻強(qiáng)度，從而形成一種廣角發(fā)射器。
15．如權(quán)利要求13所述的位置檢測裝置，其中，所述光發(fā)射器是一種光發(fā)射芯片。
16．如權(quán)利要求12所述的位置檢測裝置，其中，每一所述光遮擋器的光遮擋扇形部具有足夠大的外直徑以覆蓋所述扇形光檢測器之一的所述光敏感表面的預(yù)定形狀，以便本質(zhì)上消除與可回轉(zhuǎn)元件不希望的徑向運動相關(guān)的任何問題。
17．如權(quán)利要求3所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器為蝶形形狀，且包括用于保持所述光遮擋器剛性的裝置。
18．如權(quán)利要求17所述的位置檢測裝置，其中，所述保持所述光遮擋器剛性的裝置至少包括一剛性肋條。
19．如權(quán)利要求5所述的位置檢測裝置，其中，每一所述多個扇形光檢測器包括具有預(yù)定形狀的光敏感表面，所述光遮擋器包括兩光遮擋部，每一所述光遮擋部的形狀設(shè)置成本質(zhì)上與所述光檢測器之一的所述光敏感表面的預(yù)定形狀相匹配。
20．如權(quán)利要求19所述的位置檢測裝置，其中，所述光源包括光發(fā)射器和覆蓋所述光發(fā)射器的曲線窗。
21．如權(quán)利要求20所述的位置檢測裝置，其中，所述窗具有一種折射特性，該折射特性能使光源起點光源的作用，該點光源的光分布成在向前方向、在全部角度具有均勻強(qiáng)度，從而形成一種廣角發(fā)射器。
22．一種位置檢測器(10)，用于檢測可回轉(zhuǎn)元件的角度位置，該元件具有一沿軸向延伸的縱向軸線，檢測器(10)包括一單獨光源(46)，用于在總體上沿縱向軸線方向射向一均勻廣角光場；一光檢測器件(42,44)，對準(zhǔn)環(huán)繞可回轉(zhuǎn)元件的圓周，用于接受從所述光源(46)投射的光，所述光檢測器件(42,44)環(huán)繞縱向軸線設(shè)置并距所述光源(46)一段距離，并保證線性輸出；光遮擋器(30)，可操作地與可回轉(zhuǎn)元件連接，隨之繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)，用于周期性地遮擋從所述光源(46)照射到所述光檢測器件(42,44)的一部分光，所述光遮擋器(30)具有一表面，該表面緊密地距所述光源(46)一段距離，而其另一表面緊密地距所述光檢測器(42,44)一段距離，所述線性輸出信號可與光遮擋器(30)的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)；和輸出裝置(52)，用于接收所述光檢測器件的線性輸出，并利用所述輸出保證對可回轉(zhuǎn)元件的角度位置的可靠測量。
23．如權(quán)利要求22所述的位置檢測裝置，其中，所述光源與檢測器間的空間內(nèi)，除光遮擋器外本質(zhì)上沒有任何物體，因此，從光源來的光可直接照射到至少光遮擋器沒有遮擋的所述檢測器上的那些部分，而不經(jīng)過任何其它物體。
24．如權(quán)利要求22所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器與光檢測器之間的空間內(nèi)本質(zhì)上沒有任何物體。
25．如權(quán)利要求22所述的位置檢測裝置，其中，所述光遮擋器的另一表面與夾持器的光敏感區(qū)間的間距大約0.005-0.010英寸。
26．如權(quán)利要求25所述的位置檢測裝置，其中，所述光源的光發(fā)射器與光檢測器的光敏感區(qū)間的間距大約0.1-0.15英寸。
全文摘要
一種位置檢測系統(tǒng)(12),用于確定可回轉(zhuǎn)元件(14)的角度位置,此檢測系統(tǒng)(12)具有一單個光源(46),用于沿可回轉(zhuǎn)元件(14)的縱向軸線方向生成一均勻廣角光場,多個扇形檢測器環(huán)繞可回轉(zhuǎn)元件圓周對準(zhǔn),以接受從光源(46)來的光,光遮擋器(30)與可回轉(zhuǎn)元件(14)連接,隨之繞縱向軸線旋轉(zhuǎn),用以周期性地遮擋投射到光檢測器上的一部分光。光源與檢測器間的空間(B)內(nèi),除光遮擋器(30)外,本質(zhì)上沒有任何物體,于是,從光源(46)來的光中,至少未被光遮擋器(30)遮擋的那一部分光,可直接投射到檢測器上。檢測器的線性輸出用于檢測可回轉(zhuǎn)元件(14)的角度位置。
文檔編號G01D5/347GK1297526SQ98813973
公開日2001年5月30日 申請日期1998年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月17日
發(fā)明者理查德·J·艾弗斯 申請人:劍橋技術(shù)公司