位置检测器和包括所述位置检测器的扫描设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于在可旋转元件用在例如检流计驱动器中时检测其角位置的光学位置检测器。
【背景技术】
[0002]除固定盘存储器中和CD播放器中读头的运动之外，检流计驱动器尤其被用于(激光)扫描设备中的旋转镜。这种扫描设备例如用在添加剂制造方法领域中，其中激光束被指向构建材料层的选定位置，以便选择性地固化构建材料。为此，偏转镜固定在可旋转轴上，使得偏转激光束的入射位置可以通过镜子的旋转来操纵。很显然，为了实现高制造准确度，镜子的旋转位置必需尽可能准确地被调整并且必需一直被监视。
[0003]通常，角位置是通过检测角位置的位置检测器来监视的。为了这种检测器的高测量准确度，良好的温度稳定性、高信/噪比和良好的输出值可再现能力是必需的。关于操作速度，有必要在添加检测器时旋转运动质量不大幅增加。关于处理，这种检测器的小整体尺寸也是有利的。
[0004]虽然在过去主要使用电容式位置检测器，但是最近的趋势是朝着光学位置检测器，因为光学位置检测器易于更成本有效地被制造并且具有更小的尺寸。
[0005]在光学位置检测器领域，所谓的编码检测器被广泛使用。这种检测器的一般操作原理如下:
[0006]从光源向光传感器布置行进的光碰撞图案(pattern)。在旋转编码检测器的情况下，图案是在盘上并且盘能够与其角位置将被确定的可旋转元件一起旋转。图案修改光，使得被光传感器布置检测的信号随角位置而变化，因此，可以确定角位置。换句话说，角信息是由图案编码的。
[0007]存在两种主要类型的编码器:
[0008]在所谓的递增式旋转编码器中，多个完全相同的结构位于盘的周界上，例如，透明盘的周界上不透明的条或者不透明盘的周界上透明的条。然后，基于例如由诸如旋转盘上的条的不透明结构的顺序生成的代码确定角位置。例如，角位置是通过计数脉冲获得的，其中脉冲由亮度变化产生，而亮度变化是在不透明条经过光束时由于光的阻塞造成的。
[0009]在所谓的绝对旋转编码器中，盘上的特定结构编码特定的角位置。因此，对于每个特定的角位置，由检测器检测光图案，这种光图案具有可以区别地指定给那个特定角位置的形状。
[0010]本申请不针对如上所述的编码器，而是针对光学位置检测器，其中角位置的确定不使用任何代码图案。更确切地说，在根据本实用新型的光学位置检测器中，角位置是基于光传感器的模拟输出信号获得的，其中光传感器的模拟输出信号关于角位置单调地、理想地甚至是线性地，变化。
[0011]这种光学检测器的一般操作原理是使得光被允许落在不动的光传感器上，由此依赖于与可旋转元件一起旋转的光阻隔元件的角位置，个别传感器的不同面积被覆盖。对于每个光传感器读出一个绝对信号，该信号是由被光阻隔元件覆盖的传感器面积的百分比确定的。由此，获得来自光传感器的输出信号与可旋转轴的角位置之间的相关性并且因此可以确定角位置。
[0012]欧洲专利EP I 071 929 BI描述了这种检测器的例子，在通过参考图4和5描述的EP I 071 929 BI的位置检测器中，外壳116容纳旋转轴114，该旋转轴通过轴承118和120被旋转安装在其位置。可旋转镜安装在轴114的一端125。位置检测器112位于轴的另一端132。位置检测器由容纳光传感器134、136、138和140、光阻隔元件130以及LED光源146的检测器外壳121组成。虽然LED光源146和光传感器134、136、138、140是不动的，但是光阻隔元件130连接到可旋转轴114。
[0013]如尤其是在图5中可以看到的，形状像圆环片段的光传感器134、136、138、140围绕可旋转轴对称地排列。光阻隔元件130具有蝴蝶结领结(通常被称为“蝴蝶”)形状并且依赖于其角位置而覆盖光传感器的不同部分区域。
[0014]这种位置检测器的测量准确度被轴的径向和轴向运动削弱。
[0015]为了实现尽可能高的信/噪比，EP I 071 929 BI使用定位成尽可能靠近光传感器的宽角度LED，使得来自光源的尽可能多的光可以入射到光传感器上，而不进一步干涉光学元件。这种设置还具有非常紧凑的另一优点。为了实现对轴114的径向运动的增加的不敏感性(insusceptibility)，彼此相对的两个光传感器的信号在光传感器读出器中相加，并且这样获得的两个相加信号引入到差分放大器的不同输入。
[0016]上述现有技术的位置检测器的基本需求是使用尽可能均匀地在所有角方向发射光的宽角度LED。由于对于宽角度LED这种均匀性只在有限的程度上可以获得，因此存在不同光传感器因其接收不同量的光而示出不同输出信号的风险。这最终导致角测量降低的准确度，尤其是导致不足的线性度。
[0017]欧洲专利申请EP I 295 090 BI描述了一种位置检测器，其中入射到光传感器上的光的均匀性将被改进。图6示出了对应的位置检测器的设置。在这种位置检测器中，同样，光阻隔元件205连接到旋转轴206，而光传感器220以及两个光源203和204是不动的。两个光源都布置成紧邻光传感器220并且发射光经过光阻隔元件205到达检测器外壳224的漫反射表面，从该漫反射表面光朝着光传感器220被漫反射。
[0018]虽然在根据EP I 295 090 BI的位置检测器中提供了更均匀的照明，但是仍然存在以下问题:
[0019]-一方面，由于检测器外壳的漫反射表面，不同量的杂散光到达光传感器220的不同部分区域，这导致一定不均匀性。
[0020]-另一方面，光源紧邻光传感器的定位导致温度升高在光传感器的区域内发生的事实。虽然在EP I 295 090 BI中两个光源关于旋转轴对称地定位，但是温度不均匀性仍然可在光传感器的区域内发生。在这里，应当指出，根据EP I 071 929 BI，刚提到的温度不均匀性的问题还会在位置检测器中发生。因此，出于对称原因，单个光源146有意布置在轴114的旋转轴上。最后，当使用多于一个光源时，会发生不同的光源不同地老化并且因此在某个时间之后发射不同量的光，这会导致不均匀性。
【实用新型内容】
[0021]鉴于所描述的已知检测器中的问题，本实用新型的目标是提供具有高线性度连同良好的温度稳定性和小尺寸的位置检测器。
[0022]这个目标是通过一种用于确定围绕旋转轴可旋转的元件的旋转角的位置检测器实现的，所述位置检测器包括:单个照明源，包括光源，检测器元件，用于检测由照明源发射的光辐射，所述检测器元件围绕旋转轴定位，反射元件，布置成使得由照明源发射的光被反射到检测器元件，光阻隔元件，位于反射元件与检测器元件之间的光路径中，使得光阻隔元件能够与可旋转的元件一起关于旋转轴旋转，由此基于旋转角阻止光入射到检测器元件的不同部分区域上，所述位置检测器的特征在于，光源被定位成使得光源与光阻隔元件参考旋转轴的外边缘相比具有到旋转轴更大的径向距离。
[0023]本实用新型的进一步发展如下。
[0024]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，反射元件(7)和照明源(13)彼此对齐，使得从照明源(13)发射的光辐射的中心射线入射到反射元件上的角等于或小于60°。
[0025]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，反射元件(7)和照明源(13)彼此对齐，使得从照明源(13)发射的光辐射的中心射线入射到反射元件上的角等于或小于
45。。
[0026]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，反射元件(7)是平面镜。
[0027]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，反射元件(7)与检测器元件(18，19，20，21)的平面构成35°和45。之间的角。
[0028]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，照明源(13)具有小于或等于60°的发射角。
[0029]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，照明源具有小于或等于30°的发射角。
[0030]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，光源(3)布置在，在旋转轴(A)的方向中，更接近反射元件(7)而不是光阻隔元件(5)的位置。
[0031]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，照明源(13)具有小孔⑷和/或透镜作为发散限制元件，所述发散限制元件适于限制由光源(3)发射的光辐射的发散。
[0032]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，至少一个其它反射元件(7)位于照明源(13)与检测器元件(18，19，20，21)之间的光路径中。
[0033]根据一种实施方式，在所述的位置检测器中，在与旋转轴㈧垂直的方向中，光阻隔元件(5)具有小于1mm的直径。
[0034]根据