[发明专利]光学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定一个或多个可移动表面的位置的光学传感器，其中这些表面包括对于电磁辐射(EMR)而言具有高和低反射率的构图区域(patterned region)。这些可移动的表面被设置在位移传感器、角度传感器和转矩传感器中。

背景技术

一般而言，这些传感器由用于照射至少一个可移动表面上的构图区域的至少一个EMR源、用以对从该表面反射的EMR进行聚焦的至少一个透镜或其它聚焦装置、以及用以接收聚焦图像的至少一个EMR传感阵列构成。构图由对于从EMR源发射的EMR具有高和低反射率的区域构成，并且通常被标记、连接或以其它方式施加在相应的可移动表面上。构图可以具有恒定的周期，但是也可以通过格式条码编成绝对的位置信息。这些传感器还需要对图像进行处理的装置以便对与可移动表面的位置相关的有意义的信息进行解码，还需要对此信息进行输出的装置。在共同未决的国际专利申请PCT/AU98/00645中，这些功能通过专用集成电路(ASIC)的阵列构造形成部分来实现。在本说明书中，所有这些部件的组合(包括各个可移动的表面)都将被称为“传感系统”。

在线性位移传感系统的情况下，在平移板的表面上施加构图。采用此原理的线性位移传感系统的一个例子在国际专利公开WO97/03338中公开。在此专利中，可移动的表面具有两个构图，这两个构图分别具有高反射率和低反射率。对于粗略的位置测量，采用粗糙的构图，对于精确的位置测量，采用精细的构图。

在角位移传感系统中，构图通常被施加在圆柱形的表面上，以基本上径向方向进行EMR的照射和反射，或者被施加在一个盘形的表面上，以基本上轴向方向进行EMR的照射和反射。也可以采用许多其它的轴对称的形状。所述类型的角位移传感系统的一个例子在德国专利申请DE19705312中公开。在此专利中清楚示出了EMR照射、聚焦透镜、阵列和处理构造的设置。

转矩传感系统还可以通过利用多个阵列(或者，例如一个单一的二维阵列)且具有根据所施加的转矩彼此相对沿周向改变位置的构图构造成。这种装置的一个例子在共同未决的国际专利申请PCT/AU98/00645中公开了。这个专利示出了利用上述基本原理来测量转矩的一个可能的方案。

在所有这些实施方案中，传感系统被支承在一个封闭罩中。这个封闭罩用于消除由于外来材料或外部EMR在可移动构图表面上产生的污物。构成传感系统的电气构件通常被安装在这个封闭罩内的印刷电路板(PCB)上，而其它固定的构件例如聚焦透镜(以及辅助构件)通常独立安装在这个封闭罩内。传感系统的固定构件需要相互精确地对准，这样就需要相对于可移动的表面正确地空间定位。这些装置的所有先有设计都需要拆开封闭罩以便修理或更换传感系统的所有或部分构件，如果这不是由一个有经验的人员完成的话，就可能导致固定和可移动传感系统构件的对准和空间定位的恶化，而这将会显著地降低传感系统的光学和电子性能。

本发明的本质在于提供一种包含传感系统的所有固定构件的可拆除的传感器模块。因此，这些固定的构件精确地相互对准并且被集成在传感器模块的壳体中。传感器模块则可以被安装在封闭罩中，而该封闭罩通过其上的一个孔围绕着传感系统的可移动表面，该孔被设计作为安装传感模块的“基准”。以这种方式，传感系统的各固定构件(在传感器模块中)相互对准并且相对于封闭罩内的可移动表面精确地空间安装定位。此外，传感系统的固定构件的更换可以通过将传感器模块作为一单一的构件加以更换来由一个未经受过训练的人员实现，同时能够保持对传感系统的固定和可移动构件的精确对准和空间定位。

发明概述

本发明由一种用以确定可移动表面的位置的传感器构成，该可移动表面包括对于EMR具有高和低反射率的构图区域，该传感器包括一个ASIC、至少一个透镜以及至少一个EMR源，该ASIC包括EMR传感探测器的至少一个阵列和处理装置，该EMR源有利于照射表面，该至少一个透镜有利于从该表面所反射的EMR的聚焦以及在EMR传感探测器的至少一个阵列上产生与该表面上的构图相应的图像，其特征在于，所述ASIC、至少一个透镜以及至少一个EMR源全部被封装在一单一的壳体中并且被集成为一单个的可更换模块，该壳体提供了对这些元件的精确光学对准，并且ASIC的处理装置有利于对图像的处理以便对表面上构图的位置加以确定。

优选的是，传感器的壳体还包括一个电连接器，处理装置还有利于将位置的数字或模拟电信号输出至电连接器。

优选的是，电连接器包括一个多脚插头。

优选的是，由至少一个EMR源发射的EMR穿过光导。

优选的是，多脚插头还为传感器提供了电源。