CN112444277A - 光学反射部件及其适用的光学编码器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种光学反射部件及其适用的光学编码器。光学反射部件包括本体部、光学图纹、第一承靠部以及第二承靠部。本体部具有中心轴以及反射面。中心轴与反射面彼此垂直。光学图纹以中心轴为中心环设于反射面上。第一承靠部以本体部的中心轴为中心，且自本体部沿平行中心轴的方向延伸。第一承靠部具有弧面，连接至旋转轴的外周缘。本体部的中心轴对准至旋转轴的轴心。第二承靠部呈一平面，垂直中心轴，且连接至弧面，组配连接至旋转轴的轴向基准面。本体部、第一承靠部以及第二承靠部是由一金属材料所构成，且共同与光学图纹是一体成型。

Description

光学反射部件及其适用的光学编码器
技术领域
本公开涉及一种光学反射部件，特别涉及一种一体式光学反射部件及其适用的光学编码器。
背景技术
反射式光学编码器是一种机电装置，其将轴的角位置或轴的运动转换为模拟或数字输出信号。光学编码器广泛用于需要监控或控制机械系统的应用。
反射式光学编码器利用包含光源和光电检测器的光学读取模块，测量一光学反射部件上光学图纹的位置变化。光源和光电检测器位于光学图纹的同一侧，光学图纹由交替的反射条纹和吸收条纹组成。通过光源定位，当来自光源的光通过反射条纹反射时，即可成像于光电检测器中。
在传统的光学反射组件中，光学图纹必须通过数个复杂的步骤形成，例如涂覆光刻胶、曝光、显影、蚀刻和光刻胶移除。此外，光学图纹更是形成在一玻璃上，玻璃再通过附加部件固定在马达的旋转轴上。然而，具有光学图纹的玻璃结构脆弱，而不易通过附加部件固定在旋转轴上。此外，传统光学反射部件的制造过程太复杂，无法提高生产效率。
因此，实有必要提供一种具一体式光学反射部件及其适用的光学编码器，以解决现有技术的缺失。
发明内容
本公开的目的在于提供一种光学反射部件及其适用的光学编码器。其中光学反射部件与光学编码器的旋转轴可视实际应用需求调制锁附方式。旋转轴还可提供中空部以供导接线路通过。通过光学反射部件与光学编码器的旋转轴完成半径(r)及切线(t)平面的定位组装以及轴向(z)的定位承靠，从而利于光学反射部件的中心轴与旋转轴的轴心达共轴，同时使光学读取模块可准确的读取垂直于中心轴的光学图纹。
本公开的另一目的在于提供一种光学反射部件及其适用的光学编码器。光学反射部件是由一金属材料一体成型，而光学反射部件上的光学图纹则以例如激光刻画形成。通过一体式的光学反射部件，于加工上可采用例如自动光学检测(Automated OpticalInspection,AOI)取得光学反射部件的基准圆部位并定义出中心轴的位置，从而以于光学反射部件上精准地刻画出与中心轴共轴的光学图纹。
本公开的再一目的在于提供一种光学反射部件及其适用的光学编码器。其中光学反射部件的光学图纹是以例如激光刻画成多个等线宽条纹凹设于垂直中心轴的反射面，沿圆周方向配置形成同心环形的分布，呈一圆对称。反射面可为镜面、抛光面以及车铣加工面，激光刻画的光学图纹均保有光学低反射率、散射反射或漫射反射的特性。此外，等线宽条纹以激光刻画更利于维持光学图纹的一致性，同时减少加工的时间。
为达前述目的，本公开提供一光学反射部件包括本体部、光学图纹、第一承靠部以及第二承靠部。本体部具有一中心轴以及一反射面，其中中心轴与反射面彼此垂直。光学图纹以中心轴为中心环设于反射面上。第一承靠部以本体部的中心轴为中心，且自本体部沿平行中心轴的方向延伸。其中第一承靠部具有一至少一弧面。第二承靠部呈一平面，垂直中心轴，且连接至第一承靠部的至少一弧面。其中本体部、第一承靠部以及第二承靠部是由一金属材料所构成，且本体部、第一承靠部、第二承靠部以及光学图纹是一体成型。
于一实施例中，第一承靠部组配连接至一旋转轴的一外周缘，使本体部的中心轴对准至旋转轴的一轴心，第二承靠部组配连接至旋转轴的一轴向基准面。
于一实施例中，光学图纹包括多个等线宽条纹，多个等线宽条纹指向本体部的中心轴。
于一实施例中，多个等线宽条纹由一激光刻划形成。
于一实施例中，多个等线宽条纹凹设于本体部的反射面。
于一实施例中，光学图纹以本体部的中心轴为中心，呈一圆对称。
于一实施例中，光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿本体部，且对准本体部的中心轴，其中旋转轴包括一锁附件，通过锁附孔将光学反射部件锁固于旋转轴上。
于一实施例中，光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿第一承靠部，其中旋转轴包括一锁附件，通过锁附孔将光学反射部件锁固于旋转轴上。
于一实施例中，反射面是选自一镜面、一抛光面以及一车铣加工面所构成群中的一者。
为达前述目的，本公开另提供一光学编码器包括旋转轴、光学反射部件以及光学读取模块。旋转轴具有一轴心、一外周缘以及一轴向基准面，其中轴向基准面垂直轴心。光学反射部件连接至旋转轴，且包括本体部、光学图纹、第一承靠部以及第二承靠部。本体部具有一中心轴以及一反射面，其中中心轴与反射面彼此垂直。光学图纹以中心轴为中心环设于反射面上。第一承靠部以本体部的中心轴为中心，且自本体部沿平行中心轴的方向延伸。其中第一承靠部具有一至少一弧面，组配连接至旋转轴的外周缘，使本体部的中心轴对准至旋转轴的轴心。第二承靠部呈一平面，垂直中心轴，且连接至第一承靠部的至少一弧面，平面对准旋转轴的轴向基准面。其中本体部、第一承靠部以及第二承靠部是由一金属材料所构成，且本体部、第一承靠部、第二承靠部以及光学图纹是一体成型。光学读取模块于空间上相对反射面上的光学图纹而设置，于旋转轴驱动光学反射部件转动时，读取光学图纹。
于一实施例中，光学图纹包括多个等线宽条纹，多个等线宽条纹指向本体部的中心轴。
于一实施例中，多个等线宽条纹由一激光刻划形成。
于一实施例中，多个等线宽条纹凹设于本体部的反射面。
于一实施例中，光学图纹以本体部的中心轴为中心，呈一圆对称。
于一实施例中，光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿本体部，且对准本体部的中心轴，其中旋转轴包括一锁附件，通过锁附孔将光学反射部件锁固于旋转轴上。
于一实施例中，光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿第一承靠部，其中旋转轴包括一锁附件，通过锁附孔将光学反射部件锁固于旋转轴上。
于一实施例中，反射面是选自一镜面、一抛光面以及一车铣加工面所构成群中的一者。
于一实施例中，旋转轴包括一中空部，沿轴心的方向设置。
于一实施例中，光学读取模块固定于一电路板上，电路板具有一开口，旋转轴贯穿开口。
附图说明
图1是示出本公开第一优选实施例的光学编码器的截面图。
图2是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的立体结构图。
图3是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件于另一视角的立体结构图。
图4是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的剖面结构图。
图5是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的上视图。
图6是示出本公开光学反射部件的光学图纹的一示范例。
图7是示出本公开光学反射部件的光学图纹的另一示范例。
图8是示出本公开光学反射部件的第一示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。
图9是示出本公开光学反射部件的第二示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。
图10是示出本公开光学反射部件的第二示范例反射面于切线与轴向平面的光学特性。
图11是示出本公开光学反射部件的第三示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。
图12是示出本公开光学反射部件的第三示范例反射面于切线与轴向平面的光学特性。
图13是示出本公开第二优选实施例的光学编码器的截面图。
图14是示出本公开第三优选实施例的光学编码器的截面图。
图15是示出本公开第三优选实施例的光学反射部件的截面图。
附图标记说明：
1、1a、1b：光学编码器
10、10a、10b：旋转轴
11：外周缘
12、12a：轴向基准面
13：中空部
14、14a：锁附件
20、20a、20b：光学反射部件
21：本体部
22、22a、22b、22c：反射面
23：光学图纹
23a、23b：激光光斑
24：第一承靠部
25：弧面
26、26a：第二承靠部
27：锁附孔
30：光学读取模块
31：电路板
32：开口
C1：轴心
C2：中心轴
λ11、λ21、λ23、λ31、λ33：入射光
λ12、λ22、λ24、λ32、λ34：反射光
具体实施方式
体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明的用，而非用于限制本公开。
图1是示出本公开第一优选实施例的光学编码器的截面图。图2是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的立体结构图。图3是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件于另一视角的立体结构图。图4是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的剖面结构图。图5是示出本公开第一优选实施例的光学反射部件的上视图。于本实施例中，光学编码器1包括旋转轴10、光学反射部件20以及光学读取模块30。旋转轴10，例如是一马达或驱动模块的旋转轴，具有一轴心C1、一外周缘11以及一轴向基准面12。其中轴向基准面12垂直轴心C1，例如设置于旋转轴10的顶端面。于本实施例中，光学反射部件20包括本体部21、光学图纹23、第一承靠部24以及第二承靠部26。本体部21例如呈圆盘状，具有一中心轴C2以及一反射面22。其中中心轴C2与反射面22彼此垂直。光学图纹23例如由多个等线宽条纹所构成，并以本体部21的中心轴C2为中心，环设于反射面22上。当然，本公开并不以此为限。于另一实施例中，光学图纹23可例如由不等线宽的条纹所构成。于本实施中，光学图纹23的多个等线宽条纹例如由一激光刻划形成，从而使光学图纹23的多个等线宽条纹凹设于本体部21的反射面22。因此，光学图纹23的多个等线宽条纹以中心轴C2为中心呈放射状延伸，且沿圆周方向配置形成同心环形的分布，呈一圆对称。由于光学图纹23凹设于反射面22，因此相较于反射面，光学图纹23具有光学低反射率、散射反射或漫射反射的特性。于本实施例中，第一承靠部24以本体部21的中心轴C2为中心，且自本体部21沿平行中心轴C2的方向例如向下延伸。第一承靠部24的内侧具有一弧面25，组配连接至旋转轴10的外周缘11，从而使本体部21的中心轴C2对准至旋转轴10的轴心C1。于另一实施例中，弧面25更呈一内环面，但本公开并不以此为限。另外，第二承靠部26呈一平面，垂直本体部21的中心轴C2，且连接至第一承靠部24的一弧面25，组配连接至旋转轴10的轴向基准面12。其中本体部21、第一承靠部24以及第二承靠部26是由一金属材料所构成。且本体部21、第一承靠部24、第二承靠部26以及光学图纹23是一体成型。
值得注意的是，本体部21与第一承靠部24可例如由一加工工艺中产生，因此本体部21与第一承靠部24具有良好的共轴性，即架构为光学反射元件20上的中心轴C2。通过第一承靠部24的弧面25与旋转轴10的外周缘11连接，即可使光学反射元件20与旋转轴10的轴心C1达到共轴设置，即完成半径(r)及切线(t)平面的定位组装。另外，第二承靠部26的平面，可例如是与中心轴C2垂直的圆形或环形平面，可位于反射面22与光学图纹23所在的另一侧，亦可位于反射面22与光学图纹23所在的同一侧，本公开并不以此为限。通过第二承靠部26与旋转轴10的轴向基准面12连接，光学反射元件20与旋转轴10即可完成轴向(z)的定位承靠。于本实施例中，光学反射部件20还包括一锁附孔27，贯穿本体部21，且对准本体部21的中心轴C2。旋转轴10则包括一锁附件14，通过锁附孔27将光学反射部件20锁固于旋转轴10上。因此，旋转轴10可驱动光学反射部件20以轴心C1为中心转动。于本实施例中，光学读取模块30于空间上相对于反射面22上的光学图纹23而设置，例如安装于一电路板31的底部且面向反射面22与光学图纹23。于旋转轴10驱动光学反射部件20转动时，光学读取模块30即可读取光学图纹23的信息。
需说明的是，本公开光学反射元件20的光学图纹23例如由电射刻画而凹设于反射面22上。于加工上，可例如采用自动光学检测(Automated Optical Inspection,AOI)取得本体部21的基准圆部位(例如外圆)，并定义出中心轴C2的位置，因此，激光刻画即可依中心轴C2位置，于反射面22上刻画出与中心轴C2共轴的光学图纹23。另外，由于激光刻画加工平面上的激光光斑尺寸为固定，等线宽的图纹加工方式可以使加工刻画的表面特性具优选一致性。图6是公开本公开光学反射部件的光学图纹的一示范例。于本实施例中，光学图纹23的多个等线宽条纹的宽度与激光光斑23a的直径相等，经激光刻画后可获得一致性佳的光学图纹23。不会于局部区域产生激光刻画光斑重叠不匀的现象，同时可有效减少激光刻画的时间。图7是示出本公开光学反射部件的光学图纹的另一示范例。于本实施例中，光学图纹23具有较宽的等线宽条纹。此时，激光刻画可采多道平行的刻画方式完成。例如光学图纹23的多个等线宽条纹的宽度为激光光斑23b的直径的两倍，则每一等线宽条纹可以两道平行的刻画方式完成，获得一致性佳的光学图纹23。当然，于其他实施例中，光学图纹23亦可例如是由多个不等线宽条纹所构成，本公开并不以此为限，且不再赘述。
另一方面，本公开光学反射部件20的反射面22，相较于光学图纹23具良好的反射性。反射面22可例如选自一镜面、一抛光面以及一车铣加工面所构成群中的一者。图8是公开本公开光学反射部件的第一示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。于本实施例中，反射面22a例如由一车铣加工面所构成，即为一金属精密加工的表面。此时，车铣加工面构成的反射面22a具有与中心轴C2共轴的同心圆的加工痕(未图示)，于半径(r)-轴向(z)平面上，入射光λ11经反射面22a后，反射光λ12呈扩散反射(Diffuse reflection)。反射面22a于半径(r)-轴向(z)平面上的反射特性足以与光学图纹23区别，从而使光学读取模块30可精确地自反射面22上读取光学图纹23。
图9是示出本公开光学反射部件的第二示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。于本实施例中，反射面22b例如由一抛光面所构成，即通过例如研磨抛光、电解抛光、镀膜抛光加工工艺完成。此时，抛光面所构成的反射面22b具有光滑面反射(Glossyreflection)特性，于半径(r)-轴向(z)平面上，入射光λ21经反射面22b后，反射光λ22呈光滑面反射。反射面22b于半径(r)-轴向(z)平面上的反射特性足以与光学图纹23区别，从而使光学读取模块30可精确地自反射面22上读取光学图纹23。
图10是示出本公开光学反射部件的第二示范例反射面于切线与轴向平面的光学特性。于本实施例中，反射面22b例如由一抛光面所构成，即通过例如研磨抛光、电解抛光、镀膜抛光加工工艺完成。此时，抛光面所构成的反射面22b具有光滑面反射特性，于切线(t)-轴向(z)平面上，入射光λ23经反射面22b后，反射光λ24呈光滑面反射。反射面22b于切线(t)-轴向(z)平面上的反射特性足以与光学图纹23区别，从而使光学读取模块30可精确地自反射面22上读取光学图纹23。
图11是示出本公开光学反射部件的第三示范例反射面于半径与轴向平面的光学特性。于本实施例中，反射面22c例如由一镜面所构成具有镜面反射(Specularreflection)特性，于半径(r)-轴向(z)平面上，入射光λ31经反射面22c后，反射光λ32呈镜面反射。反射面22c于半径(r)-轴向(z)平面上的反射特性足以与光学图纹23区别，从而使光学读取模块30可精确地自反射面22上读取光学图纹23。
图12是示出本公开光学反射部件的第三示范例反射面于切线与轴向平面的光学特性。于本实施例中，反射面22c例如由一镜面所构成具有镜面反射特性，于切线(t)-轴向(z)平面上，入射光λ33经反射面22c后，反射光λ34呈镜面反射。反射面22c于切线(t)-轴向(z)平面上的反射特性足以与光学图纹23区别，从而使光学读取模块30可精确地自反射面22上读取光学图纹23。
值得注意的是，本公开并不限制于反射面22的光学反射特性。相较于反射面22，例如激光刻画的光学图纹23更具有光学低反射率、散射反射或漫射反射的特性，故于旋转轴10驱动光学反射部件20转动时，光学读取模块30均可自反射面22上精确地读取出光学图纹23。
图13是示出本公开第二优选实施例的光学编码器的截面图。于本实施例中，光学编码器1a与图1所示光学编码器1相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图1所示的光学编码器1，于本实施例中，第二承靠部26a是一环面，连接第一承靠部24的至少一弧面25的底端。旋转轴10a的轴向基准面12a则为一中间段环面，相对于第二承靠部26a的环面。于锁附件14通过锁附孔27将光学反射部件20a锁固定旋转轴10a上后，光学反射元件20a与旋转轴10a即可完成半径(r)及切线(t)平面的定位组装以及轴向(z)的定位承靠。因此，光学读取模块30于旋转轴10a驱动光学反射部件20a转动时即可读取光学图纹23的信息。
图14是示出本公开第三优选实施例的光学编码器的截面图。图15是示出本公开第三优选实施例的光学反射部件的截面图。于本实施例中，光学编码器1b与图1所示光学编码器1相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图1所示的光学编码器1，于本实施例中，光学反射部件20b的锁附孔27a是贯穿第一承靠部24。旋转轴10a包括一锁附件14a，可通过锁附孔27a将光学反射部件20b锁固于旋转轴10b上。于本实施例中，第二承靠部26a为一环面，连接第一承靠部24的至少一弧面25的底端。旋转轴10b的轴向基准面12a则为一中间段环面，相对于第二承靠部26a的环面。于锁附件14a通过锁附孔27a将光学反射部件20b锁固定旋转轴10b上后，光学反射部件20b与旋转轴10b即可完成半径(r)及切线(t)平面的定位组装以及轴向(z)的定位承靠。因此，光学读取模块30于旋转轴10b驱动光学反射部件20b转动时即可读取光学图纹23的信息。此外，于本实施例中，旋转轴10b还包括中空部13，沿轴心C1的方向设置。电路板31包括一开口32，旋转轴10b更贯穿开口32。因此，旋转轴10b的中空部13还可提供容置一导接线路的功能。当然，本公开并不以此为限。
综上所述，本公开提供一种光学反射部件及其适用的光学编码器。其中光学反射部件与光学编码器的旋转轴可视实际应用需求调制锁附方式。旋转轴还可提供中空部以供导接线路通过。通过光学反射部件与光学编码器的旋转轴完成半径(r)及切线(t)平面的定位组装以及轴向(z)的定位承靠，从而利于光学反射部件的中心轴与旋转轴的轴心达共轴，同时使光学读取模块可准确的读取垂直于中心轴的光学图纹。此外，光学反射部件由一金属材料一体成型，而光学反射部件上的光学图纹则以例如激光刻画形成。通过一体式的光学反射部件，于加工上可采用例如自动光学检测(Automated Optical Inspection,AOI)取得光学反射部件的基准圆部位并定义出中心轴的位置，从而以于光学反射部件上精准地刻画出与中心轴共轴的光学图纹。其中光学反射部件的光学图纹是以例如激光刻画成多个等线宽条纹凹设于垂直中心轴的反射面，沿圆周方向配置形成同心环形的分布，呈一圆对称。反射面可为镜面、抛光面以及车铣加工面，激光刻画的光学图纹均保有光学低反射率、散射反射或漫射反射的特性。此外，等线宽条纹以激光刻画更利于维持光学图纹的一致性，同时减少加工的时间。
本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰。因此，本发明的保护范围当视其权利要求范围为准。。

Claims (10)

1.一光学反射部件，包括：
一本体部，具有一中心轴以及一反射面，其中该中心轴与该反射面彼此垂直；
一光学图纹，以该中心轴为中心环设于该反射面上；
一第一承靠部，以该本体部的该中心轴为中心，且自该本体部沿平行该中心轴的方向延伸，其中该第一承靠部具有一至少一弧面；以及
一第二承靠部，呈一平面，垂直该中心轴，且连接至该第一承靠部的该至少一弧面，其中该本体部、该第一承靠部以及该第二承靠部是由一金属材料所构成，且该本体部、该第一承靠部、该第二承靠部以及该光学图纹是一体成型。
2.如权利要求1所述的光学反射部件，其中该第一承靠部组配连接至一旋转轴的一外周缘，使该本体部的该中心轴对准至该旋转轴的一轴心，该第二承靠部组配连接至该旋转轴的一轴向基准面。
3.如权利要求1所述的光学反射部件，其中该光学图纹包括多个等线宽条纹，该多个等线宽条纹指向该本体部的该中心轴，且该多个等线宽条纹由一激光刻划并凹设形成于该本体部的该反射面。
4.如权利要求2所述的光学反射部件，还包括一锁附孔，贯穿该本体部，且对准该本体部的该中心轴，其中该旋转轴包括一锁附件，通过该锁附孔将该光学反射部件锁固于该旋转轴上。
5.如权利要求2所述的光学反射部件，还包括一锁附孔，贯穿该第一承靠部，其中该旋转轴包括一锁附件，通过该锁附孔将该光学反射部件锁固于该旋转轴上。
6.一光学编码器，包括
一旋转轴，具有一轴心、一外周缘以及一轴向基准面，其中该轴向基准面垂直该轴心；
一光学反射部件，连接至该旋转轴，且包括：
一本体部，具有一中心轴以及一反射面，其中该中心轴与该反射面彼此垂直；
一光学图纹，以该中心轴为中心环设于该反射面上；
一第一承靠部，以该本体部的该中心轴为中心，且自该本体部沿平行该中心轴的方向延伸，其中该第一承靠部具有一至少一弧面，组配连接至该旋转轴的该外周缘，使该本体部的该中心轴对准至该旋转轴的该轴心；以及
一第二承靠部，呈一平面，垂直该中心轴，且连接至该第一承靠部的该至少一弧面，该平面对准该旋转轴的该轴向基准面，其中该本体部、该第一承靠部以及该第二承靠部是由一金属材料所构成，且该本体部、该第一承靠部、该第二承靠部以及该光学图纹是一体成型；以及
一光学读取模块，于空间上相对该反射面上的该光学图纹而设置，于该旋转轴驱动该光学反射部件转动时，读取该光学图纹。
7.如权利要求6所述的光学编码器，其中该光学图纹包括多个等线宽条纹，该多个等线宽条纹指向该本体部的该中心轴，且该多个等线宽条纹由一激光刻划并凹设形成于该本体部的该反射面。
8.如权利要求6所述的光学编码器，其中该光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿该本体部，且对准该本体部的该中心轴，其中该旋转轴包括一锁附件，通过该锁附孔将该光学反射部件锁固于该旋转轴上。
9.如权利要求6所述的光学编码器，其中该光学反射部件还包括一锁附孔，贯穿该第一承靠部，其中该旋转轴包括一锁附件，通过该锁附孔将该光学反射部件锁固于该旋转轴上。
10.如权利要求6所述的光学编码器，其中该旋转轴包括一中空部，沿该轴心的方向设置。
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