CN1955642B - 具有各种发射器检测器结构的反射编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学编码器，其具有一项或数项被揭示的特征。根据本发明的光学编码器的这些特征包括：对称(例如，圆形)发射器；发射器与检测器之间的挡板；双穹顶或单穹顶密封体；多个检测器；以及多条(至少三条)数据通道。

Description

具有各种发射器检测器结构的反射编码器
技术领域
本发明一般地涉及光学编码器。具体而言，本发明涉及采用各种定向的光学编码器。
背景技术
光学编码器检测运动并通常为电动机控制系统提供闭环反馈。当与码尺(code scale)一同使用时，光学编码器检测运动(码尺的直线或旋转运动)，将所检测的运动转换为将码尺的运动、位置、或速度编码的数字信号。这里，术语“码尺”包括码盘及码带。
通常，码尺的运动通过光学发射器及光学检测器来光学地检测。光学发射器发射光，光照射在码尺上并从码尺反射。反射光由光学检测器检测。典型的码尺包括由槽和条组成的规则图案，该图案将光以已知图案反射。
图1A至图1C示出了已知光学编码器100及码尺120。图1A是光学编码器100及码尺120的剖面侧视图。图1B是从光学编码器100观察的码尺120。图1C是光学编码器100的俯视图。为了更加清楚，图1A至图1C包括方向轴的标记。
参考图1A至图1C，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及光学检测器104。光学发射器102、光学检测器104以及部分引线框106被封装在例如包含透明环氧树脂的密封体108中。密封体108界定了光学发射器102上方的第一穹顶表面110(第一透镜110)以及光学检测器104上方的第二穹顶表面112(第二透镜112)。
光学发射器102发射光，光经由第一透镜110离开密封体108。第一透镜110将光集中或以其他方式导向码尺120，然后光从码尺120反射离开。反射光经由第二透镜112到达光学检测器104。第二透镜112将反射光集中或以其他方式导向光学检测器104。仅为示例目的，光学检测器104可以是将光转换为电信号的光电检测器。
在示出的示例中，光学发射器102是缝式光发射器，所述缝沿着Y轴。如示出的，光学检测器104沿Y轴布置。此外，码尺120的槽及条沿Y轴延伸。因此，光学编码器100与码尺120彼此相对定向和定位，以检测码尺120在X轴方向上的运动。
该设计存在若干缺陷。例如，光学编码器100对错位(misalignment)较敏感。即使缝发射器102的微小错位也会导致对比度劣化，从而导致光学编码器100的性能劣化。此外，光学编码器100仅在一个方向(例如，在示出的示例中沿X轴方向)上检测运动，由此限制了编码器封装的定向灵活性。此外，现有的光学编码器在发射器的一侧上只有数量受限(通常最多为两条)的数据通道。
因此，需要消除或克服这些缺点的改进的光学编码器。
发明内容
本发明实现了上述需求。在本发明的第一实施例中，光学编码器包括发射器及检测器。发射器适于以圆形图案发射光，其中所述发射器可操作以向用于反光的码尺提供光。检测器适于检测从所述码尺反射的光。
在本发明的第二实施例中，光学编码器包括发射器、检测器、以及密封体。发射器适于发射光，所述发射光被导向用于反光的码尺。检测器适于检测从所述码尺反射的光。密封体封装所述发射器及所述检测器，所述密封体在所述发射器及所述检测器上方形成单穹顶。
在本发明的第三实施例中，光学编码器包括发射器、检测器、以及所述发射器与所述检测器之间的挡板。发射器适于发射光，所述发射光被导向用于反光的码尺。检测器适于检测从所述码尺反射的光。所述发射器与所述检测器之间的挡板防止来自所述发射器的杂散光到达所述检测器。
在本发明的第四实施例中，光学编码器包括发射器、检测器、以及索引检测器。发射器适于发射光，所述发射光被导向码尺。检测器适于检测从所述码尺反射的光。所述检测器提供两条数据通道。索引检测器提供索引通道。
通过结合示例性示出本发明原理的附图，参考以下详细描述，本发明的其他方面以及优点将变的更加清楚。
附图说明
图1A及图1C示出了现有光学编码器及示例码尺的不同视图；
图1B示出了从图1A及图1C的光学编码器观察的图1A的示例码尺；
图2A及图2B示出了根据本发明的一个实施例的光学编码器封装的不同视图；
图2C示出了从图2A及图2B的光学编码器封装观察的示例码尺。
图3A及图3B示出了根据本发明的另一实施例的光学编码器的不同视图；
图4A及图4B示出了根据本发明的另一实施例的光学编码器的不同视图；
图4C示出了从图4A及图4B的光学编码器封装观察的示例码尺。
图5示出了根据本发明的另一实施例的光学编码器。
具体实施方式
下面将参考示出了本发明各种实施例的附图对本发明进行描述。在附图中，为了说明的目的，一些结构或部分的某些尺寸被夸大示出而不与其他结构或部分的尺寸成比例，因此仅用来示出本发明的大体结构。此外，本发明的各个方面将结构或部分描述为布置在相对于其他结构、部分或结构和部分“之上”或“上方”。这里所使用的诸如“之上”或“上方”等相对术语及短语用于描述附图中示出的一个结构或部分相对于其他结构或部分的关系。应当理解，除了附图中示出的定向，这些相对术语还意在涵盖装置的其他不同定向。
例如，如果附图中的装置被倒置、旋转、或既被倒置又被旋转，则被描述为在其他结构或部分“之上”或“上方”的结构或部分现在将定向为在其他结构或部分“之下”、“下方”、“左侧”、“右侧”、“前方”或“后方”。将结构或部分描述为形成在其他结构或部分“之上”或“上方”也包括可能有另外的结构或部分介于其间。在这里，会将形成在其他结构或部分之上或上方、其间没有结构或部分介入的结构或部分描述为“直接形成”在其他结构或其他部分之上或上方。在整篇说明书中，相同的参考标号表示相同的元件。
对称发射器
再参考图1A，光学发射器102是以细长椭圆形或缝形来发射光的缝式发射器。在该设计中，光学编码器100的性能对发射器相对于码尺120的微小错位误差非常敏感。为了降低错位敏感性，可以利用图2A及图2B所示的具有对称辐射图案的发射器。图2B是光学编码器200的俯视图。图2A是沿图2B中的线2A-2A所取的光学编码器200的剖面侧视图。图2A及图2B示出了根据本发明的一个实施例的光学编码器封装200。
参考图2A及图2C，光学编码器200包括适于以俯视观察时对称的(例如，圆形)图案提供光的对称发射器202(例如，LED(发光二极管))。对称发射器202发射均匀、对称的光，所述光从诸如码尺230的码尺反射离开。因为发射光的均匀性及对称性，相较于图1A及图1C的现有编码器100对错位的敏感性，光学编码器200对光学编码器200与码尺230之间的错位敏感性较低。
光学编码器200可操作以从对称发射器202向码尺230提供光。码尺230包括沿第一方向(沿示出的示例性实施例中的Y轴)的槽及条。因此，码尺230反射来自对称发射器202的光。反射光由检测器214检测并被转换为电信号，该电信号将被译成表示码尺230的位置或运动的信息。
对称发射器202及检测器214装配在衬底204(例如，引线框204)上。对称发射器202、检测器214以及部分衬底204(例如，引线框204)被封装在例如包含透明环氧树脂的密封体218中。这里，密封体218界定了双穹顶表面，该双穹顶表面包括对称发射器202上方的第一穹顶形表面220(第一透镜220)以及光学检测器214上方的第二穹顶形表面222(第二透镜222)。
对称发射器202发射光，光经由第一透镜220离开密封体218。第一透镜220将光集中、准直、或以其他方式导向码尺230，然后光从码尺230反射离开。反射光经由第二透镜222到达光学检测器214。第二透镜222将反射光集中、准直、或以其他方式导向光学检测器214。在示出的示例中，码尺230的槽及条沿Y轴延伸。因此，光学编码器200及码尺230定向在对码尺230沿X轴方向的运动进行检测的方向。
光学编码器200的另一个方面是设置在光学发射器202与光学检测器214之间的挡板208或光学屏障208。挡板208防止杂散光到达光学检测器214。挡板208可以附涂有黑色吸收材料，其吸收一部分不希望的光辐射以降低不希望的光辐射所导致的噪声。仅为示例目的，挡板208可包含或附涂有虚设的(dummy)黑色电子元件、阳极化金属、单独的黑色塑料件、黑色吸收性环氧树脂、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色树脂、黑色墨斑、环氧涂层、激光灼烧表面及其他类似的能够吸收光辐射的材料类型。挡板208可以制成具有任何适当的形状，例如矩形或梯形。
单穹顶
本发明的另一方面在图3A及图3B中示出。图3B是光学编码器300的俯视图。图3A是沿图3B中的线3A-3A所取的光学编码器300的剖面侧视图。光学编码器300的某些部分类似于图2A及图2B中光学编码器200的相应部分。为方便起见，光学编码器300类似于图2A及图2B中光学编码器200的相应部分的部分以相同的参考标号表示。
参考图3A及3B，光学编码器300包括位于衬底引线框204之上的发射器202及检测器214。密封体302封装发射器202、检测器214以及部分引线框204。这里，密封体302形成了覆盖发射器202及检测器214两者的单穹顶304。在某些应用中，为了使所需空间较小、制造复杂度较低或同时满足这两者，更希望是单穹顶结构而非双穹顶结构。
多通道编码器
再参考图1A及图1C，光学编码器100通常包括具有一条或至多两条通道的单光学检测器104。对于要求额外通道的应用，需要使用两个现有光学编码器100。为了克服该问题，图4A及4B示出了包括光学发射器202及两个光学检测器的光学编码器400。图4B是光学编码器400的俯视图。图4A是沿图4B中的线4A-4A所取的光学编码器400的剖面侧视图。
光学编码器400的某些部分类似于图2A及图2B中光学编码器200的相应部分以及图3A及图3B中光学编码器300的相应部分。为方便起见，光学编码器400类似于图2A及图2B中光学编码器200的相应部分、类似于图3A及图3B中光学编码器300的相应部分或与二者都类似的部分以相同的参考标号表示。
参考图4A及4B，光学编码器400包括发射器202及检测器401。检测器401可包括多达两个通道。设置检测器401以与图4C中的码尺411一同工作。在示出的实施例中，检测器401沿X轴布置，即各个单独光电二极管的长度方向，与沿Y轴的那种定向方式正交(如图4C所示)。这样定向是为了可以图示本发明的替换实施例。
光学编码器400还包括另一检测器402，该检测器402具有另一第三通道。在示出的实施例中，第二检测器402是索引检测器(indexdetector)402，并可被设置为与示于图4C中的另一码尺412一同工作。索引码尺412被设置为与索引检测器402一同工作并且可具有不同于码尺411的(槽及条的)分辨率。在示出的实施例中，光学编码器400具有三条数据通道，其中两条来自第一检测器401而索引通道来自索引检测器402。此外，在示出的实施例中，光学编码器400是单穹顶结构。
组合
在本发明的其他实施例中，可以对本发明的各种技术及方面进行结合。例如，圆形发射器202(图2A及图2B)、挡板208(图2A及图2B)、双穹顶220及222结构(图2A及图2B)、单穹顶304结构(图3A及图3B)、多检测器/通道401及402结构(图4A及图4B)在本发明的范围内可以任意组合方式来组合。
图5在光学编码器500中示出了组合实施例的一种。参考图5，光学编码器包括密封体502，密封体502以双穹顶结构形成第一穹顶504及第二穹顶506。这里，第一穹顶部分封装光学发射器508及检测器510，而第二穹顶部分封装第二索引检测器512。这里作为示例，光学发射器508是圆形发射器。光学发射器508可以是缝发射器，其沿X轴方向，即各个光电二极管的纵长方向布置。从图5、上述附图以及描述中可知，发射器508以及检测器510及512相对于两个穹顶504及506的位置可以被重新布置以实现其他结构。或者，发射器508以及检测器510及512或其任意组合可被布置在具有单个穹顶的密封体中。
结论
从以上可知，本发明相较于现有技术具有新颖性并显示出了优点。尽管在以上对本发明的具体实施例进行了描述及说明，但本发明并不限于所描述及图示的部件的具体形式或设置。例如，可采用不同的结构、尺寸或材料，但依然落入本发明的范围内。本发明由所附权利要求界定。

Claims (9)

1.一种光学编码器，包括：
发射器，其适于发射光，所述发射光被导向用于反光的码尺以及索引码尺；
检测器，其适于检测从所述码尺反射的光；
索引检测器，适于检测从所述索引码尺反射的光；以及
封装所述发射器、所述检测器以及所述索引检测器的密封体，所述密封体形成双穹顶表面，其中，一个穹顶表面在所述发射器及所述检测器上方，另一个穹顶表面在所述索引检测器上方，
其中，所述发射器位于所述检测器与所述索引检测器之间。
2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中：
所述发射器是以下其中一者：缝发射器，及圆形发射器。
3.根据权利要求1所述的光学编码器，还包括：
所述发射器与所述检测器之间的挡板。
4.根据权利要求1所述的光学编码器，其中：
所述检测器具有两条数据通道。
5.一种光学编码器，包括：
发射器，其适于发射光，所述发射光被导向用于反光的码尺以及索引码尺；
检测器，其适于检测从所述码尺反射的光；
索引检测器，适于检测从所述索引码尺反射的光；以及
所述发射器与所述检测器之间的挡板，用于防止来自所述发射器的杂散光到达所述检测器，
其中，所述光学编码器包括在所述编码器、所述检测器和所述索引检测器上方形成单穹顶表面的密封体，所述发射器位于所述检测器与所述索引检测器之间。
6.根据权利要求5所述的光学编码器，其中：
所述发射器是以下其中一者：缝发射器，及圆形发射器。
7.根据权利要求5所述的光学编码器，其中：
所述检测器具有两条数据通道。
8.一种光学编码器，包括：
发射器，其适于发射光，所述发射光被导向码尺以及索引码尺；
检测器，其适于检测从所述码尺反射的光，所述检测器提供两条数据通道；以及
索引检测器，其提供索引通道并适于检测从所述索引码尺反射的光，
其中，所述光学编码器包括形成单穹顶表面的密封体，所述检测器与所述索引检测器位于所述单穹顶表面的相反两侧下方，所述发射器位于所述检测器与所述索引检测器之间。
9.根据权利要求8所述的光学编码器，其中：
所述发射器是以下其中一者：缝发射器，及圆形发射器。
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