[发明专利]包括光束成形元件的光学角度检测器

说明书

本发明涉及一种用于确定可围绕旋转轴线(A)旋转的元件的旋转角度的位置检测器，包括：光源(3)；用于检测由光源(3)发出的光辐射的检测器元件(18、19、20、21)，其围绕旋转轴线(A)设置；光束整形元件(7、207)，其这样设置在光源(3)和检测器元件(18、19、20、21)之间，使得光从光源(3)被导向检测器元件(18、19、20、21)；阻光元件(5)，其这样设置在光束整形元件(7、207)和检测器元件(18、19、20、21)之间，以致其能够与可旋转元件一起围绕旋转轴线(A)旋转，由此根据旋转角度阻止光射入到检测器元件(18、19、20、21)的不同局部区域上。所述光束整形元件(7、207)具有自由曲面(6、206)，在该自由曲面上光源(3)的光在其行程上被反射向检测器元件(18、19、20、21)。

技术领域

本发明涉及一种用于确定旋转元件的角度位置的光学角度位置检测器(亦简称“位置检测器”)，其例如用于检流计驱动装置中。除了读取头在硬盘和CD播放器中的运动外，检流计驱动装置尤其是用于在(激光)扫描装置中旋转反射镜。这种扫描装置例如用于立体成形制造工艺领域中，在其中，激光束被导向所选择的建筑材料层的位置上，以便选择性地固化建筑材料。为此在可旋转的轴上固定偏转反射镜，由此通过该镜的旋转影响被偏转的激光束的入射位置。很明显，为了高的制造精度必须尽可能精确地调整并且持续地监测反射镜的旋转位置。

背景技术

角度位置的监测通常借助位置检测器进行，位置检测器测定角度位置。为了这种检测器的高测量精度需要良好的温度稳定性、高的信噪比和输出值良好的可再现性。在运行作速度方面要求不通过添加传感器显著增加旋转时的运动质量。在可操纵性方面这种检测器的小尺寸也是有利的。

过去主要使用电容位置检测器，现在趋于使用光学位置检测器，因为光学位置检测器的制造具有低成本和体积更小的趋势。

光学位置检测器首先是指这样的检测器，在其中光源的光在其朝向检测器阵列的行程上穿过具有不透光条形码的盘，所述盘围绕轴的旋转轴线转动，其角度位置应被确定。角度信息在此通过盘上的条形码编码。一方面通过计数脉冲来确定角度位置，所述脉冲通过由条形码运动引起的亮/暗过渡产生(增量编码器)。或者可通过盘上的代码为绝对角度位置编码(绝对编码器)。

与此相反，本申请涉及这样的光学位置检测器，在其中在没有编码辅助的情况下(未编码)由检测器阵列的模拟输出信号确定角度位置。这种光学检测器的基本作用原理在于，光可射到传感器上，在此根据轴的角度位置遮挡传感器表面的不同区域。由此获得由光传感器区域发出的信号——其正比于光入射表面——和旋转轴角度位置之间的关联。

欧洲专利EP 1 071 929 B1中描述了这种传感器的一个示例。在根据EP 1 071929 B1的、参考图5和6描述的位置检测器中，旋转轴114安装在壳体116中并且在那里借助轴承118和120可旋转地支承。旋转反射镜安装在轴114的一个端部125上。在轴的另一端部132上设置位置检测器112。后者包括检测器壳体121，在其中设有光传感器134、136、138和140，阻光元件130和LED光源146。LED光源146和光传感器134、136、138、140是位置固定的，阻光元件130则与旋转轴114连接。

尤其是由图6可见，圆环段形的光感应器134、136、138、140对称地围绕旋转轴设置。阻光元件130具有蝴蝶领结(通常称为“蝶形”)的形状并且根据其角度位置遮挡光传感器的不同局部区域。

在这种位置检测器中测量精度受到轴的径向和轴向运动的损害。

为了实现尽可能高的信噪比，在EP 1 071 929 B1中使用了广角LED，其尽可能靠近光传感器设置，以致尽可能多的光能够在没有其它位于之间的光学元件的情况下从光源射到光传感器上。这种结构还具有非常紧凑的优点。为了提高相对于轴114的径向运动的不敏感性，在读取光传感器时将两个相对置的光传感器的信号相加并且将由此获得的两个和信号输入差分放大器的不同输入端。