[发明专利]光学角度传感器

说明书

本发明提供一种高分辨率检测宽角度范围、没有标尺且能设定参考角度的光学角度传感器。光学角度传感器包括用于发出光的光源，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光的反射器件，用于接收从光源发出的光的光接收器件，和用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光的计算器件。光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光。计算器件包括用于基于通过光接收器件接收的光来设定参考角度的设定器件和用于基于被光接收器件接收的光和被设定器件设定的参考角度来计算绝对角度的角度计算单元。

技术领域

本发明涉及光学角度传感器。

背景技术

通常，光学角度传感器是已知的，其包括用于发出光的光源，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光的反射器件，用于接收从光源发出的光的光接收器件，和用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光的计算器件。

这种光学角度传感器优选可用高分辨率检测角度，能检测1度或更大的宽角度范围，不具有标尺，且能基于参考角度来检测角度。这里，在角度计算时，参考角度是对应于用作参考的起点(绝对值)的预定角度。

作为角度检测方法，增量法(INC方法)和绝对法(ABS方法)是已知的。

在INC方法中，例如，具有在标尺上设置的恒定间距的增量图案(INC图案)被连续检测，且已经经过的INC图案的数量被加总或倒数，由此检测测量对象中的角位移

在ABS方法中，例如，用作起点的参考角度通过预定方法设定，且通过将INC方法检测的角度与参考角度组合来检测测量对象中角位移的绝对值。在另一ABS方法中，例如，通过检测随机设置在标尺上的绝对图案(ABS图案)并分析ABS图案来检测测量对象中角位移的绝对值。

例如，日本专利申请公开No.Hei6-11362所述的光学旋转编码器包括旋转狭缝板(标尺)、固定狭缝板、多个LED和多个光接收元件。旋转狭缝板包括用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝(这两种狭缝是用于通过INC方法计算角度的角度检测狭缝)、用于C相位信号的狭缝(其是用于检测转子磁极位置的狭缝)和用于Z相位信号的狭缝(其是用于检测预定旋转角度，即在光学旋转编码器的光学轴线的一次旋转期间的参考角度(起点)的狭缝)。光学旋转编码器可基于从用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝检测的信号来计算高分辨率角度，且可计算与旋转狭缝板的周长对应的角度。进一步地，可基于从用于Z相位信号的狭缝检测的信号设定参考角度。光学旋转编码器可通过将参考角度与从用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝检测的信号组合而在测量对象中检测角位移的绝对值。

此外，例如，日本专利公开No.2017-133892中所述的旋转角度检测装置包括测量角度的测量光接收元件。在旋转角度检测装置中，通过使得从单个波长激光光源(光源)发出发散激光准直而产生的光通量入射到安装在要被测量的对象(测量对象)反射单元(反射器件)，且从反射单元反射的测量光通量被物镜会聚。测量光接收元件设置为使得通过让测量光通量会聚而获得的光斑中心位于测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界上，且安装在定位平台(positioning stage)上。旋转角度检测装置通过定位平台控制测量光接收元件的位置，使得在测量对象旋转时光斑中心持续定位在测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界上，且基于位置控制信息获得测量对象的旋转角度。旋转角度检测装置可基于通过测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界限定的参考角度不使用标尺以高分辨率测量角度。