專利名稱：用于伺服系統(tǒng)的光位置傳感器m&a的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明一般地涉及用于伺服系統(tǒng)的光位置傳感器結(jié)構(gòu)的方法和
裝置。
背景技術(shù)：
0002伺服系統(tǒng)需要反饋信息以便關(guān)閉伺服回路。為了將負載移動或 旋轉(zhuǎn)到新位置，針對伺服系統(tǒng)的伺服命令典型地要求該伺服機構(gòu)產(chǎn)生表 示負載的當(dāng)前位置和新命令位置之間誤差的信號(誤差信號)。該誤差 信號然后能夠用作將帶有制動器的負載移動到新位置的基礎(chǔ)。當(dāng)負載接 近新位置時，誤差信號將趨向于表示更小的誤差值，以表明負載正越來 越接近新位置。
0003位置傳感器可用來將與負載和/或制動器的位置有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換 成可以提供給伺服系統(tǒng)的電信息。該電信息(即誤差信號)可以用于伺 服系統(tǒng)中從而對用以控制制動器的伺服命令做出必要的調(diào)節(jié)。希望的是， 位置傳感器具有線性響應(yīng)以便可以在伺服運動的全程過程中具有最優(yōu)性 能。
0004各種各樣的傳感器類型過去已經(jīng)被用作位置傳感器。電位器在 伺服系統(tǒng)中已經(jīng)被用作位置傳感器。該電位器使用電接觸來提供可根據(jù) 伺服位置而變化并具有線性響應(yīng)的電壓。而且，電位器可以是廉價的， 允許低成本伺服系統(tǒng)的構(gòu)造。電磁傳感器，例如那些使用霍爾效應(yīng)(Hall Effect)的傳感器，在伺服系統(tǒng)中已被用作位置傳感器。電磁位置傳感器具 有幾乎沒有機械部件磨損的優(yōu)勢。此外，由于沒有涉及位置傳感的摩擦， 位置傳感器的精度很高。具有單光敏器件的光傳感器也已被用于伺服系 統(tǒng)。光位置傳感器具有機械部件少、無摩擦、壽命長等優(yōu)點，以及具有 優(yōu)于大量位置傳感器的一致性的、可預(yù)測的性能。
0005現(xiàn)有技術(shù)的一個缺陷是電位器利用機械機構(gòu)來將位置信息轉(zhuǎn)
換成電信息。由于要求物理接觸，機械機構(gòu)將會產(chǎn)生摩擦，這可能導(dǎo)致 尤其是當(dāng)伺服機構(gòu)開始或停止時性能不穩(wěn)定。再則，機械機構(gòu)會隨著使
用而磨損；因此，它們可能具有有限的使用壽命。
0006現(xiàn)有技術(shù)的第二個缺陷是利用霍爾效應(yīng)傳感器的電磁傳感器 對于不同的位置傳感器可能具有不可預(yù)知的性能，并且可能需要調(diào)整從 而提供一致性且可預(yù)知的性能。額外的調(diào)整會提高與電磁傳感器的使用 有關(guān)的成本。
0007現(xiàn)有技術(shù)的第三個缺陷是具有單光敏器件的光傳感器具有非 線性響應(yīng)。因此，伺服系統(tǒng)的性能可能在伺服機構(gòu)運動的全程中是次優(yōu) 的。

發(fā)明內(nèi)容
0008這些或其它問題一般由本發(fā)明的優(yōu)選實施例來解決或回避，并 獲得技術(shù)優(yōu)勢。所述本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了用于伺服系統(tǒng)的光位置 傳感器結(jié)構(gòu)的方法和裝置。
0009根據(jù)優(yōu)選實施例，提供了用于伺服系統(tǒng)移動負載的光位置傳感 器。該光位置傳感器包括光源，其被配置成產(chǎn)生具有強度由控制信號 決定的光；位置彼此相鄰的第一光傳感器和第二光傳感器；以及帶縫器 件，其被耦合至負載并位于光源和第一光傳感器與第二光傳感器之間。 每個光傳感器基于入射到每個光傳感器中的探測器上的光量產(chǎn)生電流， 并且該帶縫器件基于負載位置調(diào)節(jié)由光源所產(chǎn)生的投射到第一光傳感器 和第二光傳感器的光量。
0010根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，提供了一種用于給光學(xué)伺服系統(tǒng)產(chǎn)生 反饋控制信號的方法。該方法包括根據(jù)由第一光傳感器產(chǎn)生的第一電 流和由第二光傳感器產(chǎn)生的第二電流之差來計算反饋控制信號；以及計 算用來照射第一光傳感器和第二光傳感器的光源的光調(diào)制信號。其中所 述光源的調(diào)制產(chǎn)生自動歸一化的反饋控制信號。
0011根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，提供了一種用于顯示圖像的顯示系統(tǒng)。 該顯示系統(tǒng)包括光調(diào)制器陣列，其被配置成通過將在光調(diào)制器陣列中 的每個光調(diào)制器設(shè)置成與相應(yīng)像素匹配的狀態(tài)來創(chuàng)建由象素構(gòu)成的圖 像；以及照射該光調(diào)制器陣列的光源，其中來自光源經(jīng)光調(diào)制器陣列反 射的光在顯示器上形成圖像。該顯示系統(tǒng)也包括位于光源和該光調(diào)制 器陣列之間的孔，該孔被配置成調(diào)制由光源產(chǎn)生的光；以及耦合至孔的
伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)被配置成將孔移動到適當(dāng)位置從而將光調(diào)制到希 望值。
0012優(yōu)選實施例的優(yōu)勢是光位置傳感器結(jié)構(gòu)提供了光傳感器的好 處(成本低、壽命長以及不會由于摩擦損失而降低性能等)以及在整個 伺服運動范圍內(nèi)的線性響應(yīng)。
0013優(yōu)選實施例的進一步優(yōu)勢在于多個光敏元件和差分操作的使 用可以在大范圍的條件下提供更穩(wěn)定的操作。
0014然而優(yōu)選實施例的另一個優(yōu)勢在于用于歸一化的閉環(huán)方法不 需要模擬除法器電路。模擬除法器電路的消除既可以增加伺服系統(tǒng)的可 靠性又可以降低其成本。


0015圖l是示例性伺服系統(tǒng)的圖示；
0016圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用以控制數(shù)字顯示系統(tǒng)中孔的伺 服系統(tǒng)的圖示；
0017圖3a和3b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于將位置信息轉(zhuǎn)換成電 信息的光位置傳感器的圖示；
0018圖4a和4b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在光位置傳感器中的帶縫 器件的圖示；
0019圖5a到5d是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例由光位置傳感器中的光電 晶體管產(chǎn)生的電流的數(shù)據(jù)0020圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于產(chǎn)生位置反饋信號的位置 傳感器系統(tǒng)的圖示；
0021圖7a和圖7b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于計算伺服控制、放 大器單元和LED驅(qū)動電流的反饋信號的算法圖；以及
0022圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的部分二進制SLM顯示系統(tǒng)的圖 示，該顯示系統(tǒng)使用伺服控制孔來增加由顯示器顯示的圖像的位深度。
具體實施例方式
0023本發(fā)明描述了具體情況下的有關(guān)優(yōu)選實施例，即在數(shù)字顯示系 統(tǒng)中用來控制孔的伺服系統(tǒng)，其中所述數(shù)字顯示系統(tǒng)是空間光調(diào)制器， 該空間光調(diào)制器使用可移動的微鏡調(diào)制光，例如德州儀器的數(shù)字光處理
器(DLPTM)裝置。然而，本發(fā)明也可以適用于其它應(yīng)用，其中需要伺服
系統(tǒng)將負載從一個位置移動到另一個位置。這些系統(tǒng)的示例包括基于其 它類型的空間光調(diào)制器的顯示系統(tǒng)，例如那些利用可變形鏡來調(diào)制光的 系統(tǒng)、制作系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、玩具系統(tǒng)、消費電子系統(tǒng)等等。
0024圖1示出伺服系統(tǒng)100的示例。該伺服系統(tǒng)100包括伺服控制和放 大器單元105，該伺服控制和放大器單元105接收伺服命令并將伺服命令 轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動馬達110的電信號。馬達110為負載115提供運動。負載115 的運動可由傳感器120探測，該傳感器為伺服控制和放大器單元105提供 位置反饋信息。基于該位置反饋信息，該伺服控制和放大器單元105可以 對其正提供給馬達110的電信號做必要的改變從而將負載115移動到希望 的位置。傳感器120可以利用包括機械接觸(電位器)、電磁感測(霍爾 效應(yīng)傳感器)、光學(xué)傳感(光敏元件)等多種技術(shù)將負載115的運動轉(zhuǎn)換 成位置反饋信息。
0025圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于控制數(shù)字顯示系統(tǒng)中的 孔的伺服系統(tǒng)200。在數(shù)字顯示系統(tǒng)中，例如二進制空間光調(diào)制器(SLM) 顯示系統(tǒng)，其中光由光調(diào)制器(例如可移動的微鏡)調(diào)制從而在顯示器 上顯示圖像和移動的視頻，希望通過增加顯示器的位深度來增強圖像品 質(zhì)。顯示系統(tǒng)的位深度可以被定義為以2為底的，由顯示系統(tǒng)所提供的最 大光量除以由顯示系統(tǒng)所提供的最小光量之值的對數(shù)。位深度越大，可 以由顯示系統(tǒng)所顯示的圖像細節(jié)越多。
0026可以用來增加顯示系統(tǒng)的位深度的技術(shù)涉及要影響被用來顯示 圖像的光的孔的移動(未顯示)?？椎拇笮】梢源_定要顯示的光量。因 此，小孔可以導(dǎo)致顯示少量的光而大孔可以導(dǎo)致顯示大量的光。
0027被用來移動通過光的孔210的伺服系統(tǒng)200可以包括伺服控制和 放大器單元105，該伺服控制和放大器單元給馬達UO提供指令從而物理 上移動孔210。該伺服控制和放大器單元105可以接收來自控制器205比如 專用集成電路(ASIC)的命令，該專用集成電路被設(shè)計成使用可移動的 微鏡來控制二進制空間光調(diào)制器顯示系統(tǒng)的操作。除了為ASIC外，該控 制器205還可以是通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、嵌入式控制器 等等。
0028如圖2所示，孔210被示為以放射狀方式運動。然而，本發(fā)明的 可替換實施例可以具有以線性方式運動的孔210。傳感器120可以將孔210 的運動轉(zhuǎn)換成可提供給伺服控制和放大器單元105的位置反饋信息。
0029圖3a和3b示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例用于將位置信息轉(zhuǎn) 換成電信息的光位置傳感器300。圖3說明光位置傳感器300的俯視圖， 該光位置傳感器300可以被用作傳感器120 (圖2)的一種實施方式并且 包括一對光電晶體管PT1 305和PT2 306。該光電晶體管PT1 305和PT2 306可以以并排分布形式被布置，并且可以包括紅外線濾波器(未顯示) 以防止雜散可見光影響位置感測精度。光電晶體管PT1 305和PT2 306 可以由發(fā)光二極管(LED) 310照射。該LED 310應(yīng)具有與光電晶體管 PT1 305和PT2 306的響應(yīng)相匹配的發(fā)射波長。
0030帶縫器件315可以被安置在光電晶體管PT1 305和PT2 306與 LED 310之間，以控制在光電晶體管PT1 305和PT2 306端接收的光量。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，帶縫器件315包括一片材料，該材料優(yōu)選地 呈扁平形狀并且?guī)в星腥胨銎目p隙。圖3a中所示的圖說明帶縫器件 315的俯視橫截面視圖?？煽匆妰刹糠衷诳p隙的第一側(cè)上的第一部分 316和在縫隙的第二側(cè)上的第二部分317。來自LED 310的光射到光電晶 體管PT1 305和PT2 306可以在每一個光電晶體管中產(chǎn)生電流的幅值與光 電晶體管PT1 305和PT2 306上的光量成比例的電流。
0031圖3b說明光位置傳感器300的前視圖，例如從LED310的有利 位置觀察。被顯示的是光電晶體管PT1 305和PT2 306，以及帶縫器件315 的第一部分316和第二部分317。圖3b中所示的帶縫器件315可以只是 整個帶縫器件315的一小部分。當(dāng)孔210運動時，帶縫器件315也運動。 當(dāng)帶縫器件315運動時，縫隙平移穿過光電晶體管PT1 305和PT2 306 的前部，并允許來自LED310的光以不同的比例射到光電晶體管PT1 305 和PT2 306。例如，帶縫器件315的縫隙位于如圖3b所示時，來自LED 310 的光將相對等比例地射到光電晶體管PT1 305和PT2 306。如果該帶縫器 件315運動以致縫隙朝著左邊運動，則與射到光電晶體管PT2 306的光 相比，更多的來自LED310的光將會射到光電晶體管PT1 305。
0032圖4a和4b說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的帶縫器件315。圖
4a說明了伺服系統(tǒng)200的馬達110、孔210和光位置傳感器300的詳細 視圖。馬達110徑向地或線性地移動孔210 (徑向移動如圖4a所示)。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，具有以弧形形式切開的縫隙特征的光位置傳 感器300可以直接將馬達電樞405的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成穿過光電晶體管PT1 305 和PT2306的縫隙圖像的平移運動從而產(chǎn)生電信息。由于光位置傳感器 300徑向地運動，如果馬達110線性地移動孔210，必須發(fā)生運動轉(zhuǎn)換以 便光位置傳感器300可以精確地將孔210的移動轉(zhuǎn)換成電信息。在另一 些實施例中，簡化齒形輪(未顯示)可以用來將電樞405的線性移動轉(zhuǎn) 換成光位置傳感器300的旋轉(zhuǎn)運動。
0033圖4b說明了光位置傳感器300的詳細視圖。光電晶體管PT1 305 和PT2 306以虛線形式示出，該虛線表明光電晶體管PT1 305和PT2 306 的位置在帶縫器件315的后面。該帶縫器件315被顯示為V形，但也可 能是其它形狀，例如扁平弧帶形。該帶縫器件315可以由不透明材料制 成，所述不透明材料阻擋由LED310 (圖4b中未顯示)產(chǎn)生的光并且具 有切穿該帶縫器件315的縫隙455，其中由LED 310產(chǎn)生的光可以通過 未受遮擋的縫隙455。該縫隙455可以擁有連續(xù)變化的半徑，例如，在縫 隙455的起點處，縫隙455可以有值為R的半徑460，而在縫隙455的 末端點處，縫隙455可以有值為R+口的半徑465。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實 施例，縫隙455的半徑隨旋轉(zhuǎn)角度線性地變化。因此，當(dāng)帶縫器件315 旋轉(zhuǎn)時，縫隙455線性地平移穿過光電晶體管PT1 305和PT2 306。縫隙 455的形狀被公知為阿基米德螺旋線。阿基米德螺旋線被認為由本發(fā)明領(lǐng) 域的那些普通技術(shù)人員所公知并且不將在此討論。
0034圖5a至5d是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例說明由光電晶體管PT1 305和PT2 306產(chǎn)生的電流的數(shù)據(jù)圖。圖5a中所示的數(shù)據(jù)圖說明了當(dāng)帶 縫器件315旋轉(zhuǎn)以使縫隙455移過光電晶體管PT1 305和PT2 306時由光 電晶體管PT1 305和PT2 306產(chǎn)生的電流。在該實施例中，縫隙455的寬 度基本上等于光電晶體管PT1 305和PT2 306的中心距。然而，這一點不 應(yīng)該被理解成是對本發(fā)明精神或范圍的限制。最初，整個縫隙455不在 任一個光電晶體管上方。然后隨著帶縫器件315繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，縫隙455開 始在其中一個光電晶體管(例如光電晶體管PT1 305而不是另一個光電
晶體管PT2 306)上方移動。這樣，來自LED 310的光僅射到光電晶體管 PT1 305的表面并且只有光電晶體管PT1 305產(chǎn)生電流。
0035隨著帶縫器件315繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，縫隙455平移穿過光電晶體管PT1 305和PT2306，并且最后開始在光電晶體管PT2 306上方移動。當(dāng)縫隙 455移動到光電晶體管PT2 306上方時，該縫隙455也開始移離光電晶體 管PT1 305。因此，由光電晶體管PT1 305產(chǎn)生的電流減少而由光電晶體 管PT2 306產(chǎn)生的電流增加。當(dāng)帶縫器件315到達旋轉(zhuǎn)的末端時，縫隙 455移離光電晶體管PT2 306并且由光電晶體管PT2 306產(chǎn)生的電流下 降。第一曲線505說明由光電晶體管PT1 305產(chǎn)生的電流，而第二曲線 506說明由光電晶體管PT2 306產(chǎn)生的電流，而第三曲線507說明兩個光 電晶體管PT1 305和PT2 306的電流之和的電流。
0036圖5b所示的數(shù)據(jù)圖說明了示出由光電晶體管PT1 305和PT2 306 產(chǎn)生的電流之差的第四曲線510。該第四曲線510示出了呈現(xiàn)線性行為的 縫隙455運動范圍。通常，為了提供獨立于由LED 310產(chǎn)生的光振幅(即 LED310的亮度)的恒定結(jié)果，所述電流之差(第四曲線510 (圖5b)) 可以用由光電晶體管PT1 305和PT2 306產(chǎn)生的電流之和(第三曲線507
(圖5a))進行歸一化(相除)。這在圖5c所示的數(shù)據(jù)圖中被示為第五 曲線515。最后，在圖5d中所示的數(shù)據(jù)圖說明了第五曲線515的擴展部 分，示出了歸一化差分曲線部分的線性部分。
0037現(xiàn)參考圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例說明用于產(chǎn)生位置 反饋信號的位置傳感器系統(tǒng)600的圖示。位置傳感器600可以位于傳感 器120(圖2)中從而將位置信息轉(zhuǎn)換成電信息，該電信息可以被反饋到 伺服控制和放大器單元105 (圖2)從而允許精確控制孔210 (或者通常 是負載U5)的位置。
0038位置傳感器系統(tǒng)600包括耦合至電路的光位置傳感器300，該電 路用來將由光位置傳感器300產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換成電信息以便反饋到所述 伺服控制和放大器單元105。如圖3a和3b的描述所討論的，光位置傳感 器300包括光電晶體管PT1 305和PT2 306，這對光電晶體管可以產(chǎn)生與 射到它們的反應(yīng)表面的光強成比例的光電流。所述光由LED 310提供并 且?guī)Эp器件315可以阻止由LED 310產(chǎn)生的光或者通過由LED 310產(chǎn)生
的光。帶縫器件315可以連同孔210的移動而移動。因此，由光電晶體 管PT1 305和PT2 306產(chǎn)生的電流強度取決于孔210的移動。
0039來自每個光電晶體管PT1 305和PT2 306的輸出可以被耦合至前 置放大器(預(yù)放大器)從而放大由光電晶體管PT1 305和PT2 306產(chǎn)生的 電流，并且產(chǎn)生足夠由后續(xù)電路處理的電壓電平。第一前置放大器605 可以被耦合至來自光電晶體管PT1 305的輸出而第二前置放大器606可 以被耦合至來自光電晶體管PT2 306的輸出。來自第一前置放大器605
(標(biāo)示A)和第二前置放大器606 (標(biāo)示B)的放大電壓輸出可以被提供 給差分放大器610和求和放大器615。差分放大器610優(yōu)選地是可以計算 其兩個輸入端的兩個信號之差的雙輸入放大器，產(chǎn)生基本上等于A-B的 輸出。求和放大器615 (也優(yōu)選雙輸入放大器)可以計算其兩個輸入端的 兩個信號之和，產(chǎn)生基本上等于A+B的輸出。
0040差分放大器610的輸出(A-B)可以被反饋到伺服控制和放大器 單元105并用來修正提供給馬達110的電信號從而移動孔210。 一般地， 反饋信號(差分放大器610的輸出)需要用求和放大器615的輸出(A+B) 進行歸一化(相除)。然而，模擬除法器的實現(xiàn)可能很困難。因此，通 過對求和放大器615的輸出進行額外的處理，可能不需要模擬除法器。
0041根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，通過控制由LED 310產(chǎn)生的光強可 能不需要模擬除法器。求和放大器615的輸出(A+B)可以被處理并隨 后用來控制由LED 310產(chǎn)生的光量(強度)，從而將求和放大器615的 輸出驅(qū)動到恒定工作點。求和放大器615的輸出可以被提供給減法器620， 該減法器從參考電壓中減去求和放大器615的輸出(reference—voltage -
(A + B))，從而產(chǎn)生誤差信號。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，參考電壓 可以被設(shè)置成確定求和放大器615的所需工作點。 一般地，參考電壓將 被設(shè)置成電源電壓的一半。減法器620的誤差信號輸出可以隨后被提供 給積分器625，該積分器625顧名思義計算減法器620的誤差信號輸出的 積分。積分器625的積分誤差信號輸出隨后可以用來調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電流 的大小直到求和放大器615的輸出達到希望的工作點并且誤差信號被驅(qū) 動到零。如果積分器625的積分誤差信號輸出很大，貝ULED310將會很 亮，而如果積分器625的積分誤差信號輸出很小，則LED310將會很暗。
調(diào)節(jié)由LED 310產(chǎn)生的光導(dǎo)致求和放大器615的輸出基本上等于常數(shù)。 這導(dǎo)致自動歸一化差分放大器610的輸出。
0042圖7a和7b示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例說明計算伺服控制 和放大器單元105 (圖2)的反饋信號和LED驅(qū)動電流的算法的圖示。 圖7a和圖7b所示的算法可以說明發(fā)生在位置傳感器系統(tǒng)600中的計算。
0043圖7a說明了用于計算伺服控制和放大器單元105的反饋信號的 算法700。該算法700可以表示由位置傳感器系統(tǒng)600中的電路或功能模 塊執(zhí)行的操作?？商鎿Q地，該反饋信號的計算可以通過實現(xiàn)位置傳感器 系統(tǒng)600的電路或功能塊的軟件功能以軟件方式執(zhí)行。反饋信號的計算 可以始于計算由第一光電晶體管(例如光電晶體管PT1 305)提供的電流 和由第二晶體管(例如光電晶體管PT2 306)提供的電流之差(塊705)。 如果差分放大器用電路或功能塊來執(zhí)行，則差分放大器例如圖6所示的 差分放大器610可以用來計算與兩電流之差成比例的電壓。在計算該差 分之前，由光電晶體管所產(chǎn)生的電流可以被轉(zhuǎn)換成電壓電平并被放大從 而使電壓大小達到與差分放大器610 (以及任何其它電路)的要求相適應(yīng) 的電平。
0044與由這些光電晶體管所產(chǎn)生的兩電流之差成比例的電壓可以作 為反饋信號回送到伺服控制和放大器單元105 (塊710)。 一般地，反饋 信號在被反饋到伺服控制和放大器單元105之前將要求歸一化。然而， 基于維持兩個光電流之和等于常數(shù)值的LED光調(diào)制的使用可以允許無需 歸一化。下面會提及LED光調(diào)制的計算討論。
0045圖7b示出了用于調(diào)制LED 310 (圖6)的光輸出強度的算法750 以便使無需對差分放大器610 (圖6)的輸出進行歸一化成為可能。由光 電晶體管產(chǎn)生的電流數(shù)值可以由幾個因素所決定，例如入射在光電晶體 管上的光量和光強。例如，入射到晶體管上的光量可以由帶縫器件315 的位置調(diào)節(jié)，而光強可以由用以驅(qū)動LED 310的電流大小決定。例如， 隨著用以驅(qū)動LED 310的電流值的增加，由LED 310產(chǎn)生的光強也將增 大。
0046算法750可以表示由位置傳感器系統(tǒng)600中的電路或功能塊所 執(zhí)行的操作?？商鎿Q地，控制由LED 310所產(chǎn)生的光可以由實現(xiàn)位置傳
感器600的電路或功能塊的軟件操作程序以軟件方式執(zhí)行?？刂朴蒐ED 310產(chǎn)生的光可以通過控制用以驅(qū)動LED 310的電流大小來完成。電流 大小的控制可以首先計算來自第一光電晶體管(例如光電晶體管PT1 305)的電流和來自第二光電晶體管(例如光電晶體管PT2 306)的電流 之和(塊755)。如果求和放大器用電路或功能塊來執(zhí)行，則求和放大器 例如圖6所示的求和放大器615可用來計算與兩個電流之和成比例的電 壓。在計算和值之前，由光電晶體管產(chǎn)生的電流可以被轉(zhuǎn)換成電壓并被 放大以使電壓數(shù)值達到與求和放大器615 (以及任何其它電路)的要求相 適應(yīng)的電平。
0047在計算與來自光電晶體管PT1 305和PT2 306的電流之和成比例 的和電壓之后，可以從參考電壓中減去和電壓(塊760)。正如前面所討 論的，參考電壓可以被設(shè)置以決定求和放大器615所希望的操作點。一 般地，參考電壓將被設(shè)置成電源電壓的一半。參考電壓與來自求和放大 器615的和電壓之差可以隨后被作為誤差信號提供給積分器，例如積分 器625 (圖6)，此處誤差信號可以被積分(塊765)且然后用以驅(qū)動LED 310 (塊770)。
0048圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的二進制SLM顯示系統(tǒng)800 的一部分，該二進制SLM顯示系統(tǒng)用伺服控制孔來增加由顯示器所顯示 的圖像的位深度。正如前面所討論的，在二進制SLM顯示系統(tǒng)800中， 光調(diào)制器陣列，例如數(shù)字微鏡器件805 (DMD)中的可運動微鏡陣列， 用以調(diào)制由光源810所產(chǎn)生的光以便從DMD 805反射的光可以將所希望 的圖像顯示在顯示器815上。
0049孔210可以移入光源810和DMD805之間的位置或從中移出， 以改變來自光源810射到DMD 805上的光量。通過改變射到DMD 805 的光量，可以改變反射離開DMD 805并顯示在顯示器815上的光量。這 可以導(dǎo)致二進制SLM顯示系統(tǒng)800的位深度的增加。孔210可以通過馬 達110而運動，該馬達由伺服控制和放大器單元105利用由光位置傳感 器120提供的反饋控制信號來控制?？?10的位置可以通過由系統(tǒng)控制 器(未顯示)發(fā)出的命令來控制，該系統(tǒng)控制器也可以用來控制光調(diào)制 器狀態(tài)等等。
0050本發(fā)明涉及的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以針對描述的樣本 實施例進行各種增加、刪除、替代和其它修改，而并不偏離本發(fā)明要求 保護的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于伺服系統(tǒng)移動負載的光位置傳感器，其包括光源，其被配置成產(chǎn)生強度取決于控制信號的光；位置彼此相鄰的第一光傳感器和第二光傳感器，每個光傳感器被配置成基于入射到每個光傳感器中的光探測器上的光量產(chǎn)生電流；以及被耦合至所述負載且位于所述光源和所述第一光傳感器與所述第二光傳感器之間的帶縫器件，所述帶縫器件被配置成基于所述負載位置調(diào)節(jié)由所述光源產(chǎn)生的射到所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的光量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光位置傳感器，其中所述帶縫器件進一步調(diào) 節(jié)來自所述光源的光射到所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光位置傳感器，其中所述帶縫器件經(jīng)由在所 述帶縫器件中的縫隙調(diào)節(jié)所述光，其中所述縫隙具有隨所述帶縫器件的旋 轉(zhuǎn)而線性變化的半徑，且其中當(dāng)所述負載移過整個運動范圍時，來自所述 光源的光射到所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的所述位置橫通過所 述第一光傳感器和所述第二光傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光位置傳感器，其中在所述帶縫器件中所述 縫隙的寬度在所述縫隙的整個長度上保持恒定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光位置傳感器，其中所述縫隙的所述寬度基 本上等于所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的中心距。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一個權(quán)利要求所述的光位置傳感器， 其中在所述帶縫器件中的所述縫隙是阿基米德螺旋線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一個權(quán)利要求所述的光位置傳感器， 其中所述伺服系統(tǒng)徑向地移動所述負載，且其中所述帶縫器件直接被耦合 至所述負載。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一個權(quán)利要求所述的光位置傳感器， 其中所述伺服系統(tǒng)線性地移動所述負載，且所述光位置傳感器進一步包括 被耦合在所述負載和所述帶縫器件之間的徑向運動轉(zhuǎn)換器，所述徑向運動 轉(zhuǎn)換器被配置成將線性運動轉(zhuǎn)換成徑向運動。
9. 一種用于為光伺服系統(tǒng)產(chǎn)生反饋控制信號的方法，所述方法包括根據(jù)由第一光傳感器所產(chǎn)生的第一電流和由第二光傳感器所產(chǎn)生的第二電流之差，計算所述反饋控制信號；以及計算用于照射所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的光源的光調(diào)制 信號，其中所述光源的調(diào)制導(dǎo)致所述反饋控制信號的自動歸一化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中第二計算包括 計算與所述第一 電流和所述第二電流之和成比例的和電壓； 從參考電壓中減去所述和電壓；以及對所述和電壓和所述參考電壓之差進行積分以產(chǎn)生所述光調(diào)制信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述光調(diào)制信號被連續(xù)計 算以便由所述第一光傳感器產(chǎn)生的第一電流和由所述第二光傳感器產(chǎn)生的 第二電流之和基本上保持不變。
12. —種用于顯示圖像的顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)包括 光調(diào)制器陣列，其被配置成通過將光調(diào)制器陣列中的每個光調(diào)制器設(shè)置成與相應(yīng)像素匹配的狀態(tài)而創(chuàng)建由像素構(gòu)成的圖像；照射所述光調(diào)制器陣列的光源，其中來自所述光源經(jīng)所述光調(diào)制器陣 列反射的光在顯示器上形成所述圖像；位于所述光源和所述光調(diào)制器陣列之間的孔，所述孔被配置成調(diào)制由 所述光源產(chǎn)生的光；以及耦合至所述孔的伺服系統(tǒng)，所述伺服系統(tǒng)被配置成將所述孔移動到適 當(dāng)位置以將所述光調(diào)制到希望值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示系統(tǒng)，其中所述伺服系統(tǒng)包括-被耦合至顯示系統(tǒng)控制器的伺服控制器，所述伺服控制器被配置成將由所述顯示系統(tǒng)控制器發(fā)送的伺服命令轉(zhuǎn)換成移動所述孔的命令；被耦合至所述伺服控制器和所述孔的馬達，所述馬達響應(yīng)來自所述伺服控制器的命令而移動所述孔；以及被耦合至所述孔的光位置傳感器，所述光位置傳感器被配置成將位置信息轉(zhuǎn)換成電信息。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的顯示系統(tǒng)，其中所述光位置傳感器包括 第二光源，其被配置成產(chǎn)生具有取決于控制信號的強度的光； 位置彼此相鄰的第一光傳感器和第二光傳感器，每個光傳感器被配置成基于入射到每個光傳感器中的探測器上的光量產(chǎn)生電流；以及帶縫器件，其被耦合至所述孔且位于所述第二光源和所述第一傳感器 與所述第二光傳感器之間，所述帶縫器件被配置成基于所述孔的位置調(diào)節(jié) 由第二光源產(chǎn)生的射到所述第一光傳感器和所述第二光傳感器的光量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任意一個權(quán)利要求所述的顯示系統(tǒng)，其中 所述光調(diào)制器是可移動的微鏡。
全文摘要
用于伺服系統(tǒng)的光位置傳感器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。優(yōu)選實施例包括光源(310)，其被配置成產(chǎn)生強度取決于控制信號的光；位置彼此相鄰的第一光傳感器(305)和第二光傳感器(306)，每一個光傳感器被配置成基于入射到每個光傳感器上的光量產(chǎn)生電流。該優(yōu)選實施例也包括被耦合至負載并且位于光源和第一光傳感器與第二光傳感器之間的帶縫器件(315)。該帶縫器件基于負載的位置調(diào)節(jié)射到第一光傳感器和第二光傳感器的光量。該帶縫器件以縫隙為特征，該縫隙的半徑隨著旋轉(zhuǎn)角度而線性增加以便該光位置傳感器具有線性特性。
文檔編號G01D5/34GK101379370SQ200680032334
公開日2009年3月4日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者S·W·馬歇爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司