CN1773221A - 增强的反射型光学编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强的反射型光学编码器(“EROE”)，其具有用于将发出的光辐射传输至编码介质的发射器模块和用于接收由所述编码介质反射的光辐射的检测器模块。所述EROE可以包括：透射层，其覆盖所述发射器模块和所述检测器模块；以及光隔离元件，其位于所述透射层中并位于所述发射器模块与所述检测器模块之间。所述光隔离元件减小了由所述发射器模块传输至所述检测器模块的不期望的光辐射，其中所述不期望的光辐射是所述发出的光辐射的一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强的反射型光学编码器。
背景技术
传感器在很多机电系统中都是关键的反馈设备。已有很多不同的传感器可用，而且新的传感器技术也在不断的发展。光学编码器是用于测量机械系统中运动部件的最常用的位置传感器之一。光学编码器是闭反馈设备，其将运动或位置信息转化为可由电机控制系统使用的数字信号。
光学编码器基于穿过或经过光学编码器的编码介质(例如码盘或码带)产生数字输出。一般而言，此编码介质利用编码介质的表面上的交替的亮区域和暗区域(或槽)而被编码。当与此编码介质一同工作时，光学编码器将旋转或线性运动转换为两路数字输出。
通常，光学编码器是线性光学编码器或旋转光学编码器。线性光学编码器可以利用线性刻度确定读取头相对于编码介质(例如线性码带)的速度、加速度和位置，而旋转光学编码器可以利用环形刻度确定读取头相对于编码介质(例如码盘)的切向速度、加速度和角位置。通常，线性和旋转光学编码器都可以实现为透射型、反射型或成像型光学编码器。
在图1中，示出了典型的透射型光学编码器100与编码介质(例如码带或码盘)102相结合的侧视截面图。光学编码器100可以包括读取头104，其中读取头104可以包括发射器模块106和检测器模块108。根据透射型光学编码器100是线性或是旋转光学编码器，读取头104和编码介质102可以以线性或旋转的方式自由地相对彼此运动。
发射器模块106和检测器模块108可分别包括能够发射和检测由发射器模块106至检测器模块108的光辐射110的光学设备。光辐射110可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射器模块106可以包括如二极管、发光二极管(“LED”)、光电阴极(photo-cathode)和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块108可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
在图2中，示出了典型的反射型光学编码器200与编码介质202相结合的侧视截面图。反射型光学编码器200可以包括读取头204，该读取头204可以包括发射器模块206和检测器模块208。类似于图1，根据反射型光学编码器200是线性或是旋转光学编码器，读取头204与编码介质202可以以线性或旋转的方式自由地相对彼此运动。
发射器模块206和检测器模块208可分别包括能够发射和检测由发射器模块206至检测器模块208的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括被发出的光辐射210以及被反射的光辐射212，前者由发射器模块206发出至编码介质202上，后者由编码介质202反射至检测器模块208。
本领域技术人员应该理解，该光辐射同样可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块206可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块208可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
类似的，在图3中，示出了典型的成像型光学编码器300与编码介质302相结合的侧视截面图。成像型光学编码器300可以包括读取头304，该读取头304可以包括发射器模块306和检测器模块308。类似于图1和2，根据成像型光学编码器300是线性或是旋转光学编码器，读取头304与编码介质302可以以线性或旋转的方式自由地相对彼此运动。
发射器模块306和检测器模块308可分别包括能够发射和检测由发射器模块306至检测器模块308的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括被发出的光辐射310以及被反射的光辐射312，前者由发射器模块306发出至编码介质302上，后者由编码介质302反射至检测器模块308。
本领域技术人员应该理解，该光辐射同样可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块306可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块308可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
在图4中，示出了由线性光学编码器(未示出)用作码带的典型透射型或反射型线性编码介质400的俯视图。如图4所示，编码介质400可以包括亮区域(即亮条402)和暗区域(即暗条404)的交替图案。利用编码介质400，线性光学编码器可以确定读取头(未示出)相对于编码介质400的速度和加速度。
类似的，在图5中，示出了由旋转光学编码器(未示出)用作轮轴502上的码盘的典型透射型或反射型旋转编码介质500的俯视图。如图5所示，编码介质500可以包括亮区域(即亮条504)和暗区域(即暗条506)的交替图案。利用编码介质500，旋转光学编码器可以确定读取头(未示出)相对于编码介质500的旋转速度和加速度。
图4和5中的亮和暗的区域可以分别包含不透明和透明部分，用于阻断由发射器模块至光学检测器中的检测器模块的光辐射。在透射型光学编码器的情况下，直接由发射器模块传输至检测器模块的光辐射由编码介质阻断，而在反射型或成像型光学编码器的情况下，来自发射器模块的光辐射被编码介质反射至检测器模块或者穿过编码介质传输离开检测器模块。
根据在透射型光学编码器中光学编码器在编码介质的亮区域还是暗区域之上或者光辐射是否被反射至检测器模块，光学编码器输出为二值化的“ON”或“OFF”。然后由光学编码器产生的电子信号传递至控制器，该控制器可基于接收到的信号确定光学检测器的位置和速度。
通常，由于其良好的对比能力，透射型光学编码器能够以高速及高分辨率运行。但可惜的是，因为发射器模块和检测器模块需要围绕编码介质彼此相对布置，所以透射型光学编码器需要较高轮廓的封装设计。
因为发射器模块和检测器模块基本上位于相同的平面且可以集成到集成电路中的单一半导体衬底中，所以反射型光学编码器具有优于透射型光学编码器的封装设计。这导致与透射型光学编码器相比而言具有较低轮廓的封装设计，耗材较少且装配复杂度较低。可惜的是，典型的反射型光学编码器相较于透射型光学编码器其对比能力较差，且由此与透射型光学编码器相比在速度和分辨率上有限制。
成像型光学编码器通常在轮廓、材料和装配复杂度方面具有与反射型光学编码器相同的优点。但是，成像型光学编码器需要漫射性的编码介质，目前这还不是成熟的技术。此外，成像型光学编码器有漫反射的不利之处，而且与透射型光学编码器相比也在速度和分辨率上有限制。
在图6中，示出了典型的反射型光学编码器600与编码介质602结合的侧视截面图。反射型光学编码器600可以包括读取头604，该读取头604可以包括发射器模块606和检测器模块608。类似于图1、2和3，根据反射型光学编码器600是线性或是旋转光学编码器，读取头604与编码介质602可以以线性或旋转的方式自由地相对彼此运动。
发射器模块606和检测器模块608可分别包括能够发射和检测由发射器模块606至检测器模块608的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括被发出的光辐射610以及被反射的光辐射612，前者由发射器模块606发出至编码介质602上，后者由编码介质602反射至检测器模块608。此外，发射器模块606和检测器模块608都可以被安装至共同的衬底614。衬底可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、印刷电路板(“PCB”)、柔性电路、陶瓷衬底或微互连设备(“MID”)。
应该理解该光辐射同样可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块606可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块608可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块606和检测器模块608两者的透射层616，该透射层616可以包括能够将被发出的光辐射610准直为由发射器模块606导向编码介质602的光辐射平行光束的任何透射性可成型材料。透射层616可以是环氧化物层。
可惜的是，这类反射型光学编码器600的一个问题是来自发射器模块606的不期望的光辐射618通过环氧化物传输至检测器模块608，而在检测器模块608中产生噪声，这导致编码介质602上亮和暗的区域(即“条”)的图像对比度的损失。图像对比度的这种损失限制了典型的已知反射型光学编码器600的速度和分辨率。由此，需要与已知反射型光学编码器相比能够提供更高图像对比度和分辨率的改进的反射型光学编码器。
发明内容
一种增强的反射型光学编码器(“EROE”)，其具有用于将发出的光辐射传输至编码介质的发射器模块和用于接收由所述编码介质反射的光辐射的检测器模块。所述EROE可以包括透射层，其覆盖所述发射器模块和所述检测器模块。所述EROE可以包括光隔离元件，其位于所述透射层中并位于所述发射器模块与所述检测器模块之间。所述光隔离元件减小了从所述发射器模块传输至所述检测器模块的不期望的光辐射，其中所述不期望的光辐射是所述发出的光辐射的一部分。
或者，EROE可以包括光隔离元件，其位于所述透射层的顶部并位于所述发射器模块与所述检测器模块之间。所述光隔离元件减小了从所述发射器模块传输至所述检测器模块的不期望的光辐射，其中所述不期望的光辐射是所述发出的光辐射的一部分。
通过理解附图及详细描述，本领域技术人员将清楚本发明的其他系统、方法和特征。意在将所有这些其他系统、方法、特征和优点包括在此描述中，落入本发明的范围，并由所附权利要求保护。
附图说明
参考附图可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，重点是为了说明本发明的原理。在附图中，不同视图中相似的参考标号指的是相应的部分。
图1示出了典型的透射型光学编码器与编码介质(如码带或码盘)的结合的侧视截面图。
图2示出了典型的反射型光学编码器与编码介质的结合的侧视截面图。
图3示出了典型的成像型光学编码器与编码介质的结合的侧视截面图。
图4示出了由线性光学编码器(未示出)用作码带的典型透射型或反射型线性编码介质的俯视图。
图5示出了由旋转光学编码器(未示出)用作轮轴上的码盘的典型透射型或反射型旋转编码介质的俯视图。
图6示出了典型的反射型光学编码器与编码介质的结合的另一个侧视截面图。
图7示出了结合编码介质的增强的反射型光学编码器(“EROE”)的一种实现方式示例的侧视截面图，其中该EROE包括透射层沟。
图8示出了结合编码介质的增强的反射型光学编码器(“EROE”)的另一实现方式示例的侧视截面图，其中该EROE包括透射层沟。
图9示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图10示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图11示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图12示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图13示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图14示出了结合编码介质的EROE的另一实现方式示例的侧视截面图。
图15示出了图7、8、9、10、11、12、13和14中的EROE实现方式的图像对比度随码条分辨率的变化的图形表示。
具体实施方式
在以下描述中参考形成为其一部分的附图，其作为示例示出可以实现本发明的具体实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他的实现方式示例且可对结构进行变化。
如上所述，已知类型的反射型光学编码器的一个问题是来自发射器模块的不期望的光辐射通过环氧化物传输至检测器模块，由此在检测器模块中产生噪声，这导致编码介质上亮和暗的区域(即“条”)的图像对比度的损失。图像对比度的这种损失限制了典型已知反射型光学编码器的速度和分辨率。于是，描述了一种增强的反射型光学编码器(“EROE”)，其与已知反射型光学编码器相比，能够提供更高的图像对比度和分辨率。EROE可以使用位于透射层中的光隔离元件，该光隔离元件可以包括如图7、8和9所示的透射层沟，或如图12、13和14所示的光隔板部件。如图11所示该光隔离元件也可以位于透射层的顶部。
在图7中，示出了结合编码介质702的EROE 700的一种实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是透射层沟720，其可以包括位于衬底714上的沟底728。EROE 700可以包括读取头704，该读取头704可以包括发射器模块706和检测器模块708。类似于图1、2、3和6，根据EROE700是线性或是旋转光学编码器，读取头704与编码介质702可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块706和检测器模块708可分别具有能够发射和检测由发射器模块706至检测器模块708的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射710，其由发射器模块706发出至编码介质702上；以及被反射的光辐射712，其由编码介质702反射至检测器模块708。此外，发射器模块706和检测器模块708都可以被安装至共同的衬底714上。此共同的衬底714可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、印刷电路板(“PCB”)、柔性电路、陶瓷衬底或微互连设备(“MID”)。
应该理解该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块706可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块708可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括透射层，其具有能够覆盖发射器模块706的第一环氧化物层716和覆盖检测器模块708的第二环氧化物层718，其中第一环氧化物层716和第二环氧化物层718可以包括任何这样的透射性可成型材料，其分别可将被发出的光辐射710准直为由发射器模块706导向编码介质702的光辐射的平行光束，并可集中反射的光辐射712成为指向检测器模块708的一束光辐射。
透射层可以被用来使发出的光辐射710弯曲并用于封装。如果发射器模块706发出可见光，则透射层的颜色可以是清楚透明的。但是，如果发射器模块706发出红外辐射，则因为红外辐射可以穿透黑色染料环氧化物，所以透射层可以由黑色染料着色。此外，透射层包括任何着色的环氧化物(如红色、黄色等)。
不同于图6所示的反射型光学编码器600，EROE 700可以包括处于第一环氧化物层716与第二环氧化物层718之间的透射层沟720(如气隙)。透射层沟720的表面722可以预定角度变细以方便制造。透射层沟720使得不期望的光辐射724折射离开检测器模块708，这减少了由检测器模块708上的不期望的光辐射724所带来的噪声。
在图7中，透射层沟720可选地延伸至衬底714；但是，本领域技术人员应该理解，透射层沟720或者可以不延伸至衬底714。作为示例，在图7中，透射层沟720可以包括基本上位于衬底714上的沟底728。本领域技术人员还应该理解，如果沟底728基本上位于衬底714上，则第一环氧化物层716与第二环氧化物层718可以不在沟底728处相交，而是在其他位置(未示出)相交。
在图8中，示出了结合编码介质802的EROE 800的另一实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是透射层沟820，其可以具有不位于衬底814上的沟底822。类似于图7，EROE 800可以包括读取头804，该读取头804可以包括发射器模块806和检测器模块808。类似于图1、2、3、6和7，根据EROE 800是线性或是旋转光学编码器，读取头804与编码介质802可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块806和检测器模块808可分别具有能够发射和检测由发射器模块806至检测器模块808的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射810，其由发射器模块806发出至编码介质802上；以及被反射的光辐射812，其由编码介质802反射至检测器模块808。此外，发射器模块806和检测器模块808都可以被安装至共同的衬底814上。该共同的衬底814可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
应该理解该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块806可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块808可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括透射层，其具有能够覆盖发射器模块806的第一环氧化物层816和覆盖检测器模块808的第二环氧化物层818，其中第一环氧化物层816和第二环氧化物层818都可以包括任何这样的透射性可成型材料，其分别可将被发出的光辐射810准直为由发射器模块806导向编码介质802的光辐射的平行光束，并可集中反射的光辐射812成为指向检测器模块808的一束光辐射。
类似于图7所示的EROE 700，EROE 800可以包括处于第一环氧化物层816与第二环氧化物层818之间的透射层沟820(如气隙)。透射层沟820的表面824可以预定角度变细以方便制造。透射层沟820使得不期望的光辐射826折射离开检测器模块808，这减少了由检测器模块808上的不期望的光辐射826所带来的噪声。在图8中，沟底822没有延伸至共同的衬底814。
本领域技术人员应该理解，透射层沟820的深度828可由发射器模块806和通过第一环氧化物层816的透镜结构，以及检测器模块808和通过第二环氧化物层818的透镜结构来确定。一般而言，性能随着深度828的增加而提高，直到大部分不期望的光辐射826都被透射层沟820所阻止。此外，透射层沟820可以被设计为具有沟上宽度830和沟下宽度832，其具有防止不期望的光辐射由发射器模块806渗漏至检测器模块808的光学作用。
例如，沟上宽度830可以是0.5毫米(“mm”)，沟下宽度832可以是0.3mm，且沟深828可以是0.3mm。但是，沟上宽度830、沟下宽度832和沟深828通常由环氧化物层816和818构成的透镜的尺寸、发射器模块806上的发射器发光区域(未示出)、发射器模块806和检测器模块808之间的位置以及至环氧化物层818构成的透镜的轮廓的检测器表面区域(未示出)所确定。
在图9中，示出了结合编码介质902的EROE 900的另一实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是透射层沟920，其可以具有位于衬底914上的沟底928。在此示例中，EROE 900可以包括读取头904，该读取头904可以包括发射器模块906和检测器模块908。类似于图1、2、3、6、7和8，根据EROE 900是线性或是旋转光学编码器，读取头904与编码介质902可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块906和检测器模块908可分别具有能够发射和检测由发射器模块906至检测器模块908的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射910，其由发射器模块906发出至编码介质902上；以及被反射的光辐射912，其由编码介质902反射至检测器模块908。此外，发射器模块906和检测器模块908都可以被安装至共同的衬底914上。该共同的衬底914可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
应该理解该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块906可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块908可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块906的第一环氧化物层916和覆盖检测器模块908的第二环氧化物层918，其中第一环氧化物层916和第二环氧化物层918都可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射910准直为由发射器模块906导向编码介质902的光辐射的平行光束，并可集中反射的光辐射912成为指向检测器模块908的一束光辐射。
类似于图7和8所示的EROE 700和EROE 800，图9中的EROE 900可以包括处于第一环氧化物层916与第二环氧化物层918之间的透射层沟920(如气隙)。透射层沟920的表面922可以预定角度变细以方便制造。不同于图7中的EROE 700，图9中的EROE 900的表面922可以涂有黑色吸收性材料，其吸收一部分不期望的光辐射924，而另一部分不期望的光辐射926被折射离开检测器模块908。表面922上的黑色吸收性材料还有助于减小由检测器模块908上的不期望的光辐射924和926引起的噪声。表面922上的黑色吸收性材料可以包括任何防止光辐射924穿过该材料的材料。黑色吸收性材料的示例可以包括伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层、激光灼烧表面以及其他类似的可以吸收光辐射的材料。
同样，透射层沟920可以可选地延伸至衬底914；但是应该理解，透射层沟920也可以不延伸至衬底914。作为示例，在图9中，透射层沟920可以包括基本上位于衬底914上的沟底928。本领域技术人员还应该理解的是，如果沟底928基本上位于衬底914上，则第一环氧化物层916与第二环氧化物层918可以不在沟底928处相交，而是在其他位置(未示出)相交。
在图10中，示出了结合编码介质1002的EROE 1000的另一实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是透射层沟1020。在此示例中，EROE 1000可以包括读取头1004，该读取头1004可以包括发射器模块1006和检测器模块1008。类似于图1、2、3、6、7、8和9，根据EROE1000是线性或是旋转光学编码器，读取头1004与编码介质1002可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块1006和检测器模块1008可分别具有能够发射和检测由发射器模块1006至检测器模块1008的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射1010，其由发射器模块1006发出至编码介质1002上；以及被反射的光辐射1012，其由编码介质1002反射至检测器模块1008。此外，发射器模块1006和检测器模块1008都可以被安装至共同的衬底1014上。共同的衬底1014可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块1006可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块1008可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块1006的第一环氧化物层1016和覆盖检测器模块1008的第二环氧化物层1018，其中第一环氧化物层1016和第二环氧化物层1018都可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射1010准直为由发射器模块1006导向编码介质1002的一束平行光辐射，并可集中反射的光辐射1012成为指向检测器模块1008的一束光辐射。
类似于图9中的EROE 900，图10中的EROE 1000可以包括处于第一环氧化物层1016与第二环氧化物层1018之间的透射层沟1020(如气隙)。透射层沟1020的表面1022可以预定角度变细以方便制造。不同于图9中的EROE 900，图10中的EROE 1000的表面1022可以充有黑色吸收性材料1024，其吸收一部分不期望的光辐射1026，而另一部分不期望的光辐射1028被折射离开检测器模块1008。黑色吸收性材料1024还有助于减小由不期望的光辐射1026和1028在检测器模块1008上产生的噪声。表面1022上的黑色吸收性材料可以包括任何防止光辐射1026穿过该材料的材料。黑色吸收性材料的示例可以包括伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层、激光灼烧表面以及其他类似的可以吸收光辐射的材料。而且，透射层沟1020可以可选地延伸至衬底1014：但是，应该理解的是透射层沟1020也可以不延伸至衬底1014。
在图11中，示出了结合编码介质1102的EROE 1100的另一实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是顶表面1120，其上可涂有黑色吸收材料。在此示例中，EROE 1100可以包括读取头1104，该读取头1104可以包括发射器模块1106和检测器模块1108。类似于图1、2、3、6、7、8、9和10，根据EROE 1100是线性或是旋转光学编码器，读取头1104与编码介质1102可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块1106和检测器模块1108可分别具有能够发射和检测由发射器模块1106至检测器模块1108的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射1110，其由发射器模块1106发出至编码介质1102上；以及被反射的光辐射1112，其由编码介质1102反射至检测器模块1108。此外，发射器模块1106和检测器模块1108都可以被安装至共同的衬底1114上。共同的衬底1114可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块1106可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块1108可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块1106的第一环氧化物层1116和覆盖检测器模块1108的第二环氧化物层1118，其中第一环氧化物层1116和第二环氧化物层1118都可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射1110准直为由发射器模块1106导向编码介质1102的一束平行光辐射，并可集中反射光辐射1112成为指向检测器模块1108的一束光辐射。
EROE 1100可以包括处于第一环氧化物层1116与第二环氧化物层1118之间的顶表面1120。顶表面1120可以涂有黑色吸收性材料，其吸收一部分不期望的光辐射1122，而另一部分不期望的光辐射1124被折射离开检测器模块1108。顶表面1120还有助于减小由不期望的光辐射1122和1124在检测器模块1108上产生的噪声。顶表面1120上的黑色吸收性材料可以包括任何可吸收不期望的光辐射1122的材料。黑色吸收性材料的示例可以包括黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、墨渍、环氧化物涂层以及激光灼烧表面。
在图12中，示出了结合编码介质1202的EROE 1200的另一实现方式示例的侧视截面图，其中光隔离元件是光隔板部件1220。在此示例中，EROE 1200可以包括读取头1204，该读取头1204可以包括发射器模块1206和检测器模块1208。类似于图1、2、3、6、7、8、9、10和11，根据EROE 1200是线性或是旋转光学编码器，读取头1204与编码介质1202可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块1206和检测器模块1208可分别具有能够发射和检测由发射器模块1206至检测器模块1208的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射1210，其由发射器模块1206发出至编码介质1202上：以及被反射的光辐射1212，其由编码介质1202反射至检测器模块1208。此外，发射器模块1206和检测器模块1208都可以被安装至共同的衬底1214上。共同的衬底1214可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块1206可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块1208可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块1206的第一环氧化物层1216和覆盖检测器模块1208的第二环氧化物层1218，其中第一环氧化物层1216和第二环氧化物层1218可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射1210准直为由发射器模块1206导向编码介质1202的一束平行光辐射，并可集中反射的光辐射1212成为指向检测器模块1208的一束光辐射。
EROE 1200可以包括处于第一环氧化物层1216与第二环氧化物层1218之间的光隔板部件1220。光隔板部件1220可以涂有黑色吸收性材料，其吸收一部分不期望的光辐射1222，而另一部分不期望的光辐射1224被折射离开检测器模块1208。光隔板部件1220还有助于减小由不期望的光辐射1222和1224在检测器模块1208上引起的噪声。光隔板部件1220可以是矩形的。光隔板部件1220上的黑色吸收性材料可以包括黑色吸收部件，例如伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层、激光灼烧表面以及其他类似的可以吸收光辐射的材料。
在图13中，示出了结合编码介质1302的EROE 1300的另一实现方式示例的侧视截面图，光隔离元件是光隔板部件1320。在此示例中，EROE1300可以包括读取头1304，该读取头1304可以包括发射器模块1306和检测器模块1308。类似于图1、2、3、6、7、8、9、10、11和12，根据EROE 1300是线性或是旋转光学编码器，读取头1304与编码介质1302可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块1306和检测器模块1308可分别具有能够发射和检测由发射器模块1306至检测器模块1308的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射1310，其由发射器模块1306发出至编码介质1302上；以及被反射的光辐射1312，其由编码介质1302反射至检测器模块1308。此外，发射器模块1306和检测器模块1308都可以被安装至共同的衬底1314上。共同的衬底1314可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块1306可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块1308可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块1306的第一环氧化物层1316和覆盖检测器模块1308的第二环氧化物层1318，其中第一环氧化物层1316和第二环氧化物层1318可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射1310准直为由发射器模块1306导向编码介质1302的一束平行光辐射，并可集中反射光辐射1312成为指向检测器模块1308的一束光辐射。
类似于图12中的EROE 1200，图13中的EROE 1300可以包括处于第一环氧化物层1316与第二环氧化物层1318之间的光隔板部件1320。光隔板部件1320可以涂有黑色吸收性材料，其吸收一部分不期望的光辐射1322，而另一部分不期望的光辐射1324被折射离开检测器模块1308。光隔板部件1320还有助于减小由不期望的光辐射1322和1324在检测器模块1308上产生的噪声。光隔板部件1320可以是向下的梯形形状。光隔板部件1320上的黑色吸收材料可以包括黑色吸收部件，例如伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层、激光灼烧表面以及其他类似的可以吸收光辐射的材料。
本领域技术人员应该理解，光隔板部件1320可以如图13所示延伸至共同的衬底1314；但是也应该理解，光隔板部件1320也可以不延伸至共同的衬底1314。还应该理解，光隔板部件1320可以通过首先形成如图8所示的沟，再使用选择的黑色吸收部件填充该沟而构成。
在图14中，示出了结合编码介质1402的EROE 1400的另一实现方式示例的侧视截面图。在此示例中，EROE 1400可以包括读取头1404，该读取头1404可以包括发射器模块1406和检测器模块1408。类似于图1、2、3、6、7、8、9、10、11、12和13，根据EROE 1400是线性或是旋转光学编码器，读取头1404与编码介质1402可以分别以线性或旋转的方式自由地彼此相对运动。
发射器模块1406和检测器模块1408可分别具有能够发射和检测由发射器模块1406至检测器模块1408的光辐射的光学设备。该光辐射可以包括：被发出的光辐射1410，其由发射器模块1406发出至编码介质1402上；以及被反射的光辐射1412，其由编码介质1402反射至检测器模块1408。此外，发射器模块1406和检测器模块1408都可以被安装至共同的衬底1414上。共同的衬底1414可以是集成电路中的单一半导体衬底、引线框、插入成型的引线框、PCB、柔性电路、陶瓷衬底或MID。
该光辐射可以是可见、红外和/或紫外光辐射。发射模块1406可以包括如二极管、LED、光电阴极和/或灯泡之类的光源(未示出)，且检测器模块1408可以包括如光电二极管、光电阴极和/或光电倍增器之类的光电检测器阵列(未示出)。
光学设备可以包括能够覆盖发射器模块1406的第一环氧化物层1416和覆盖检测器模块1408的第二环氧化物层1418，其中第一环氧化物层1416和第二环氧化物层1418可以包括任何这样的透明可成型材料，其分别可将被发出的光辐射1410准直为由发射器模块1406导向编码介质1402的一束平行光辐射，并可集中反射光辐射1412成为指向检测器模块1408的一束光辐射。
类似于图13中的EROE 1300，图14中的EROE 1400可以包括处于第一环氧化物层1416与第二环氧化物层1418之间的光隔板部件1420。光隔板部件1420可以涂有黑色吸收性材料，其吸收一部分不期望的光辐射1422，而另一部分不期望的光辐射1424被折射离开检测器模块1408。光隔板部件1420还有助于减小由不期望的光辐射1422和1424在检测器模块1408上产生的噪声。光隔板部件1420可以是向上的梯形形状。光隔板部件1420上的黑色吸收材料可以包括黑色吸收部件，例如伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层、激光灼烧表面以及其他类似的可以吸收光辐射的材料。
本领域技术人员应该理解，光隔板部件1420可以如图14所示延伸至共同的衬底1414；但是也应该理解，光隔板部件1420也可以不延伸至共同的衬底1414。还应该理解，光隔板部件1420可以通过首先形成如图8所示的沟，再使用选择的黑色吸收部件填充该沟而构成。
在图15中，示出了图6、7、10和11中的EROE的不同实现方式的图像对比度1502随码条分辨率1504变化的图1500的图形表示。绘图曲线1506示出了图6所示的典型已知反射型光学编码器600的图像对比度随码条分辨率的变化。绘图曲线1508示出了如图10所示利用激光灼烧或有墨渍的顶表面1020的EROE 1000的图像对比度随码条分辨率的变化。绘图曲线1510示出了如图7所示利用透射层沟720的EROE 700的图像对比度随码条分辨率的变化。绘图曲线1512示出了如图8所示利用侧面涂有黑色吸收性材料的透射层沟820的EROE 800、如图9所示利用填充有黑色吸收性材料的透射层沟920的EROE 900、如图11所示利用光隔板部件1120的EROE 1100、以及如图12和14所示利用光隔板部件1220的EROE 1200的图像对比度随码条分辨率的变化。
将理解到上述实现方式的说明仅是为了解释与描述。这并不是穷举的且不将本发明限制为所公开的精确形式。修改或改变基于上述描述是可能的，或可以从实施本发明而获得。所附的权利要求及其等同物界定了本发明的范围。
Claims (20)
1.一种增强的反射型光学编码器，其具有用于将发出的光辐射传输至编码介质的发射器模块和用于接收由所述编码介质反射的光辐射的检测器模块，其中所述反射的光辐射是所述发出的光辐射中由所述编码介质反射的一部分，所述增强的反射型光学编码器包括：
透射层，其覆盖所述发射器模块和所述检测器模块两者；和
光隔离元件，其位于所述透射层中并位于所述发射器模块与所述检测器模块之间，其中所述光隔离元件减小了从所述发射器模块传输至所述检测器模块的不期望的光辐射，且所述不期望的光辐射是所述发出的光辐射的一部分。
2.如权利要求1所述的增强的反射型光学编码器，其中所述发射器模块包括光源，其中所述光源包括二极管、发光二极管、光电阴极以及灯泡。
3.如权利要求2所述的增强的反射型光学编码器，其中所述检测器模块包括光电检测器，所述光电检测器包括光电二极管、光电阴极以及光电倍增器。
4.如权利要求3所述的增强的反射型光学编码器，其中所述透射层是透明的。
5.如权利要求4所述的增强的反射型光学编码器，其中所述透射层包括着色的环氧化物。
6.如权利要求4所述的增强的反射型光学编码器，其中所述透射层包括黑色染料。
7.如权利要求6所述的增强的反射型光学编码器，其中所述发光二极管是可发出红外光的红外发光二极管。
8.如权利要求3所述的增强的反射型光学编码器，其中所述光隔离元件包括具有沟底的透射层沟。
9.如权利要求8所述的增强的反射型光学编码器，其中所述发射器模块和所述检测器模块位于共同的衬底上且所述沟底基本上位于所述共同的衬底上。
10.如权利要求8所述的增强的反射型光学编码器，其中所述发射器模块和所述检测器模块位于共同的衬底上且所述沟底位于所述共同的衬底上方。
11.如权利要求8所述的增强的反射型光学编码器，其中所述透射层沟具有涂有吸收性材料的侧壁。
12.如权利要求11所述的增强的反射型光学编码器，其中所述吸收性材料包括伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层以及激光灼烧表面。
13.如权利要求8所述的增强的反射型光学编码器，其中所述透射层沟填充有吸收性材料。
14.如权利要求13所述的增强的反射型光学编码器，其中所述吸收性材料包括伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层以及激光灼烧表面。
15.如权利要求3所述的增强的反射型光学编码器，其中所述光隔离元件包括具有光隔板底部和光隔板顶部的光隔板部件。
16.如权利要求15所述的增强的反射型光学编码器，其中所述发射器模块和所述检测器模块位于共同的衬底上且所述光隔板底部位于所述共同的衬底上。
17.如权利要求16所述的增强的反射型光学编码器，其中所述光隔板部件是梯形的。
18.如权利要求17所述的增强的反射型光学编码器，其中所述光隔板部件是从包括以下的组中所选择的黑色吸收性部件：伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层以及激光灼烧表面。
19.一种增强的反射型光学编码器，其具有用于将发出的光辐射传输至编码介质的发射器模块和用于接收由所述编码介质反射的光辐射的检测器模块，其中所述反射的光辐射是所述发出的光辐射中由所述编码介质反射的一部分，所述增强的反射型光学编码器包括：
透射层，其覆盖所述发射器模块和所述检测器模块两者；和
光隔离元件，其位于所述透射层顶部并位于所述发射器模块与所述检测器模块之间，其中所述光隔离元件减小了从所述发射器模块传输至所述检测器模块的不期望的光辐射，且所述不期望的光辐射是所述发出的光辐射的一部分。
20.如权利要求19所述的增强的反射型光学编码器，其中所述光隔离元件包括伪黑色电子部件、阳极氧化金属、单独的黑色塑料块、黑色吸收环氧化物、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨渍、环氧化物涂层以及激光灼烧表面，其中所述发射器模块包括光源，其中所述光源包括二极管、发光二极管、光电阴极以及灯泡，且其中所述检测器模块包括光电检测器，所述光电检测器包括光电二极管、光电阴极以及光电倍增器。
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