[发明专利]用于伺服系统的光位置传感器M&A

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于伺服系统的光位置传感器结构的方法和装置。 

背景技术

伺服系统需要反馈信息以便关闭伺服回路。为了将负载移动或旋转到新位置，针对伺服系统的伺服命令典型地要求该伺服机构产生表示负载的当前位置和新命令位置之间误差的信号(误差信号)。该误差信号然后能够用作将带有制动器的负载移动到新位置的基础。当负载接近新位置时，误差信号将趋向于表示更小的误差值，以表明负载正越来越接近新位置。 

位置传感器可用来将与负载和/或制动器的位置有关的信息转换成可以提供给伺服系统的电信息。该电信息(即误差信号)可以用于伺服系统中从而对用以控制制动器的伺服命令做出必要的调节。希望的是，位置传感器具有线性响应以便可以在伺服运动的全程过程中具有最优性能。 

各种各样的传感器类型过去已经被用作位置传感器。电位器在伺服系统中已经被用作位置传感器。该电位器使用电接触来提供可根据伺服位置而变化并具有线性响应的电压。而且，电位器可以是廉价的，允许低成本伺服系统的构造。电磁传感器，例如那些使用霍尔效应(Hall Effect)的传感器，在伺服系统中已被用作位置传感器。电磁位置传感器具有几乎没有机械部件磨损的优势。此外，由于没有涉及位置传感的摩擦，位置传感器的精度很高。具有单光敏器件的光传感器也已被用于伺服系统。光位置传感器具有机械部件少、无摩擦、寿命长等优点，以及具有优于大量位置传感器的一致性的、可预测的性能。 

现有技术的一个缺陷是：电位器利用机械机构来将位置信息转换成电信息。由于要求物理接触，机械机构将会产生摩擦，这可能导致尤其是当伺服机构开始或停止时性能不稳定。再则，机械机构会随着使用而磨损；因此，它们可能具有有限的使用寿命。

现有技术的第二个缺陷是：利用霍尔效应传感器的电磁传感器对于不同的位置传感器可能具有不可预知的性能，并且可能需要调整从而提供一致性且可预知的性能。额外的调整会提高与电磁传感器的使用有关的成本。

现有技术的第三个缺陷是：具有单光敏器件的光传感器具有非线性响应。因此，伺服系统的性能可能在伺服机构运动的全程中是次优的。

发明内容

这些或其它问题一般由本发明的优选实施例来解决或回避，并获得技术优势。所述本发明的优选实施例提供了用于伺服系统的光位置传感器结构的方法和装置。

根据优选实施例，提供了用于伺服系统移动负载的光位置传感器。该光位置传感器包括：光源，其被配置成产生具有强度由控制信号决定的光；位置彼此相邻的第一光传感器和第二光传感器；以及带缝器件，其被耦合至负载并位于光源和第一光传感器与第二光传感器之间。每个光传感器基于入射到每个光传感器中的探测器上的光量产生电流，并且该带缝器件基于负载位置调节由光源所产生的投射到第一光传感器和第二光传感器的光量。

根据另一个优选实施例，提供了一种用于给光学伺服系统产生反馈控制信号的方法。该方法包括：根据由第一光传感器产生的第一电流和由第二光传感器产生的第二电流之差来计算反馈控制信号；以及计算用来照射第一光传感器和第二光传感器的光源的光调制信号。其中所述光源的调制产生自动归一化的反馈控制信号。

根据另一个优选实施例，提供了一种用于显示图像的显示系统。该显示系统包括：光调制器阵列，其被配置成通过将在光调制器阵列中的每个光调制器设置成与相应像素匹配的状态来创建由象素构成的图像；以及照射该光调制器阵列的光源，其中来自光源经光调制器阵列反射的光在显示器上形成图像。该显示系统也包括：位于光源和该光调制器阵列之间的孔，该孔被配置成调制由光源产生的光；以及耦合至孔的 伺服系统，该伺服系统被配置成将孔移动到适当位置从而将光调制到希望值。

优选实施例的优势是：光位置传感器结构提供了光传感器的好处(成本低、寿命长以及不会由于摩擦损失而降低性能等)以及在整个伺服运动范围内的线性响应。

优选实施例的进一步优势在于：多个光敏元件和差分操作的使用可以在大范围的条件下提供更稳定的操作。

然而优选实施例的另一个优势在于：用于归一化的闭环方法不需要模拟除法器电路。模拟除法器电路的消除既可以增加伺服系统的可靠性又可以降低其成本。

附图说明

图1是示例性伺服系统的图示；

图2是根据本发明的优选实施例用以控制数字显示系统中孔的伺服系统的图示；