CN101059356B - 高性能反射式光学编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学编码器，包括发射器、第一透镜、检测器、第二透镜和突起物。发射器发射光，所述光由第一透镜导向码尺以进行反射。所反射的光由第二透镜导向检测器。检测器对从码尺反射的光进行检测。突起物位于第一透镜与第二透镜之间。突起物限定了至少一个表面，所述表面使来自发射器的杂散光反射到检测器之外。因此，杂散光不会到达检测器，从而可以使检测器更有效地工作。

Description

高性能反射式光学编码器
技术领域
本发明一般地涉及光学编码器。更具体地说，本发明涉及改进的光学编码器，该编码器具有比现有技术编码器更高的对比度。
背景技术
光学编码器可以检测运动，常用于向电动机控制系统提供闭环反馈。在结合码尺一同工作时，光学编码器对运动(码尺的线性或旋转运动)进行检测并将检测到的运动转换成对码尺的运动、位置或速度进行编码的数字式信号。这里，术语“码尺”包括码盘和码带。
通常，通过光学发射器和光学检测器来对码尺的运动进行光学检测。光学发射器发射光，所述光照射到码尺上并从码尺反射。通常的码尺包括将光以已知图案进行反射的规则的开槽和条带图案。光从码尺反射或不从其反射。随着码尺的运动，与条带和空白组成的图案相对应的亮暗交替图案到达光学检测器。光学检测器对这些图案进行检测并产生与检测到的光对应的电信号，该电信号就具有了对应的图案。包括了这些图案在内的电信号可以用来提供与码尺的位置、速度和加速度有关的信息。
图1A图示了公知的光学编码器100和码尺120的剖视侧面示意图。图1B是从光学编码器100看去的码尺120。为了更清楚起见，图1A和图1B中包括了坐标轴的图例。
参考图1A和图1B，编码器100包括安装在衬底106(例如引线框106)上的光学发射器102和光学检测器104。光学发射器102和光学编码器104以及部分引线框106封装在密封件108中，所述密封件包括例如透明的环氧树脂。密封件108限定了光学发射器102上方的第一隆起形表面110(第一透镜110)和光学检测器104上方的第二隆起形表面112(第二透镜112)。
光学发射器102发射光114，所述光114经过第一透镜110离开密封件108。第一透镜110将所发射的光114朝向码尺120会聚或定向，光从码尺120反射离开。第二透镜112将所反射的光朝向光学检测器104会聚或定向。仅为举例目的，光学检测器104可以是将光转换成电信号的光检测器。
第一透镜110和第二透镜112的形状和尺寸是由多种因素限定的，仅为举例目的，这些因素例如：码尺102离开透镜110和112的距离，以及发射器102和检测器104的特性。
通常，透镜110和112之间的空间118填充有与密封件108相同的材料并具有平的表面117。平表面117提供了这样的表面：杂散光(例如来自发射器102的杂散光119)在该表面发生反射从而作为被反射的杂散光121照射到检测器102上。这样的杂散光119是不期望的，因为到达检测器102的杂散光会引入错误的信号，降低了对期望信号进行分析的分辨率。
因此就需要改进的光学编码器，该光学编码器可以减轻或克服这些缺点。
发明内容
本发明可以满足上述需要。在本发明的一种示例性实施例中，一种光学编码器包括发射器、第一透镜、检测器、第二透镜和突起物。发射器发射光，所述光由第一透镜导向码尺以进行反射。所反射的光由第二透镜导向检测器。检测器对从码尺反射的光进行检测。突起物位于第一透镜与第二透镜之间。突起物限定了至少一个表面，所述表面使来自发射器的杂散光反射到检测器之外。因此，杂散光不会到达检测器，从而可以使检测器更有效地工作。
突起物可以形成为许多不同形状。例如，突起物可以具有截锥体形装，包括但不限于截圆锥性。或者，仅仅作为另外的示例，突起物可以具有棱锥形或大体上半球形。突起物将第一透镜与第二透镜相连。事实上，突起物和两个透镜可以由相同的密封件材料制成。密封件材料被形成为包括对第一透镜、第二透镜、突起或它们的任意组合进行限定的表面。此外，密封件材料可以密封发射器和/或检测器，并使第一透镜接近发射器，第二透镜接近检测器。
根据下面的详细说明并结合附图可以了解本发明的其他方面和优点，附图通过示例而图示了本发明的原理。
附图说明
图1A图示了一种公知光学编码器和码尺的剖视侧面示意图；
图1B是从图1A的光学编码器看去，图1A的码尺；
图2图示了根据本发明一种实施例的光学编码器；
图3图示了根据本发明另一种实施例的光学编码器；
图4图示了根据本发明再一种实施例的光学编码器；
图5包括曲线图，该曲线图包括将本发明的光学编码器与现有技术光学编码器的工作特性进行比较说明所用的曲线。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行说明，附图中图示了本发明的多种实施例。在附图中，为了图示目的，某些结构或部分的尺寸可能被相对于其他结构或部分的尺寸夸大了，因此它们是为了图示本发明的大体结构而给出的。此外，本发明的多个方向被描述为相对于其他结构和/或部分位于“上面”或“上方”。这里，表示相对关系的术语和称谓(例如“上面”或“上方”)是用来描述如附图中所示的一个结构或部分相对于另一结构或部分的关系。应当明白，这种表示相对关系的术语意在也涵盖了除图中所示方向关系外的其他器件方向关系。
例如，如果图中的器件被翻转和/或旋转，则被称为在其他结构或部分“上面”或“上方”的结构或部分就应当是在所述其他结构或部分的“下面”、“下方”、“左面”、“右面”、“前面”或“后面”。对形成于另一结构或部分“上面”或“上方”的结构或部分的称谓也考虑到了可以有另外的结构或部分插入。这里把对形成于另一结构或部分上面或上方、并且没有插入结构或部分的这种结构或部分描述为形成于所述另一结构或另一部分的“直接上面”或“直接上方”。在整篇文档中，相同的标号表示相同的元件。
参考图2，图示了根据本发明一种实施例的光学编码器200的剖视侧面示意图。光学编码器200包括可操作以发射光的发射器102。所发射的光由第一透镜110导向为朝向码尺120以便反射。所反射的光由第二透镜112导向为朝向检测器104。检测器104用于检测受到第二透镜112导向的反射光。发射器102和检测器104可以安装在衬底106(例如引线框106)上。
光学发射器102密封在密封件材料(包括例如透明环氧树脂)108中。密封件108包括隆起形表面110，该表面110限定了第一透镜110。第一透镜110接近发射器。图示的示例性实施例中使用了相同的密封件材料108来密封检测104并形成隆起形表面112，该表面112限定了第二透镜112。第二透镜112接近检测器。
图示的示例性实施例中用相同的密封件材料108来形成突起物202。突起物202位于第一透镜110与第二透镜112之间。事实上，突起物202将第一透镜110与第二透镜112相连。突起物202限定了突起物表面203，该表面203对杂散光119进行折射，使得经折射的杂散光205不会到达检测器104。因此，防止了杂散光119到达检测器104。
另外，图2以剖视侧面图的形式图示了光学编码器200。如图2所示，在三个方向上，突起物202是截锥体形——截棱锥形或截圆锥形。
图3将本发明的光学编码器另一种实施例的剖视侧面图图示为光学编码器300。参考图3，光学编码器300的各部分与图2中光学编码器200的相应部分相似。光学编码器300包括棱锥形突起物302，所述棱锥形具有以角度307呈现的表面303，所述角度307与图2中光学编码器200的突起物202的表面203的角度207不同。采用光学编码器300百以获得类似的期望效果。即，突起物302及其表面303对杂散光119进行折射，使得经折射的杂散光305不会到达检测器104。因此，防止了杂散光119到达检测器104。
图4将本发明的光学编码器再一种实施例的剖视侧面图图示为光学编码器400。参考图4，光学编码器400的各部分与图2中光学编码器200的相应部分相似。光学编码器400包括大致半球形的突起物402，所述半球形呈现出曲面403。采用光学编码器400可以获得类似的期望效果。即，突起物402及其表面403对杂散光119进行折射，使得经折射的杂散光405不会到达检测器104。因此，防止了杂散光119到达检测器104。
参考图2、图3和图4，每个突起物202、302和402将第一透镜110与第二透镜112相连。事实上，突起物202、302和402是用与第一透镜110和第二透镜112相同的密封件材料108制成的。
图5图示了两条曲线500和502。第一曲线500示出了使用图1的现有技术光学编码器100时，在不同分辨率情况下测得的图像对比度。测得的图像对比度以百分比形式表示；分辨率以每英寸的线数为单位进行测量。如第一曲线500所示，测得的对比度在每英寸100线时略高于40％，并在更高分辨率情况下降低。在每英寸250线的分辨率下，测得的对比度仅有约20％。
第二曲线502示出了使用图2的光学编码器200时，在不同分辨率情况下测得的图像对比度。如第二曲线502所示，测得的对比度在每英寸100线时很容易超过90％。即使在更高的分辨率下，对于光学编码器200测得的对比度也比图1的光学编码器100测得的对比度高得多。在每英寸250线的分辨率下，对于光学编码器200测得的对比度接近50％。这种对比度提高是通过防止杂散光到达检测器104来实现的。
根据上述内容，本发明显然是新颖的并提供了超过现有技术的优点。尽管上文中已经说明并图示了本发明的具体实施例，但是本发明不限于所描述和图示的具体零件形式和布置。例如，可以使用不同的结构、尺寸或材料，但仍落在本发明的范围内。本发明仅由权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种光学编码器，包括：
发射器，其可操作以发射光；
靠近所述发射器的第一透镜，所述第一透镜适于将所述发射的光导向码尺以进行反射；
检测器，适于对从所述码尺反射的光进行检测；
靠近所述检测器的第二透镜，所述第二透镜适于将所述反射的光导向所述检测器；以及
所述第一透镜与所述第二透镜之间的突起物，所述突起物限定了至少一个表面，所述表面适于使来自所述发射器的杂散光折射远离所述检测器，
其中，所述第一透镜和所述第二透镜由所述突起物连接。
2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述突起物具有截锥形。
3.根据权利要求2所述的光学编码器，其中，所述突起物具有截圆锥形。
4.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述突起物具有棱锥形。
5.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述突起物具有半球形。
6.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述突起物包括相同的密封件材料。
7.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，密封件材料将所述发射器密封并包括限定了所述第一透镜的表面。
8.根据权利要求7所述的光学编码器，其中，所述相同的密封件材料用于密封所述检测器，密封了所述检测器的所述密封件材料包括限定了所述第二透镜的表面。
9.根据权利要求7所述的光学编码器，其中，用所述相同的密封件材料来形成所述突起物。
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