KR20230011427A - 광학 인코더의 반사 수단을 위한 반사 코팅 및 그에 따라 제조된 광학 인코더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 인코더의 광원에 의해 방출된 광 빔을 반사하기 위한 수단을 위한 반사 코팅(12)에 관한 것이며, 광 빔의 반사는 광수용체를 향한다. 코팅(12)은 유리로 제조된 적어도 하나의 편평한 라멜라를 포함하고, 라멜라의 한 면은 광학 인코더의 반사 수단의 일부분 상에 연결 수단을 형성하고, 연결 수단을 형성하는 면과 반대하는 면 상에, 보호 층으로 코팅된 96% 초과의 반사 계수를 갖는 적어도 하나의 재료로 제조된 적어도 하나의 층과 함께, 라멜라가 제공된다.

Description

광학 인코더의 반사 수단을 위한 반사 코팅 및 그에 따라 제조된 광학 인코더

본 발명은 광학 인코더의 반사 수단의 반사 코팅 및 그에 따라 제조된 광학 인코더에 관한 것이다.

광학 인코더, 특히 소위 고해상도 광학 인코더는 서로에 대한 하나의 움직이는 객체의 각도 위치를 결정하기 위한 디바이스이다. 이를 위해, EP-B-964 226에 기술된 유형의 광학 인코더에 따르면, 광 빔(light beam)은 광 빔을 수신하기 위한 수단을 향하여 광 빔의 편향을 보장하는 반사 수단의 방향으로 방출된다. 각도 위치가 결정되는 회전 디스크는 광 빔을 송신 및 수신하는 수단과 광 빔을 반사하는 수단 사이에 배치된다. 디스크는 각 디스크의 특성인 불투명 영역 및 반투명 영역으로 정의된 트랙을 포함한다. 그것은 또한 레티클에 의해 형성된 회절 수단을 포함한다. 개구부는 송신 수단과 수신 수단 사이에서 광 빔의 회절을 위한 반사 수단을 형성한다. 이들 개구부는 광 빔을 송신 및 수신하기 위한 수단이 위치되는 평면에 대해 각을 이루어 배치된 적어도 2개의 표면을 포함한다. 광 빔은 송신과 수신 사이의 두 표면을 연속적으로 통과하며, 광 빔의 광학 경로는 적어도 한 번 회전 디스크를 교차하고 레티클은 적어도 한 번 회절을 제공한다.

여기서, 반사 표면은 예를 들어 45°로 각을 이루어 배치된다. 이러한 인코더는 회전하는 객체의 각도 위치를 축소된 공간에서 측정할 수 있게 하는 반면, 표면 사이에서 광 빔의 최적의 반사를 보장하는 것이 중요한다. 다르게 말하면, 관계된 파장에 대한 표면 사이의 반사 계수는 시간이 지남에 따라 수정되지 않아야 하고, 반사 계수는 광 빔의 경로 중 임의의 광 손실을 피하기 위해 가능한 높아야 한다. 그러나, 여기서, 일 실시예에 따르면, 반사 표면은 재료 블록에서 주어진 형상의 개구부를 기계 가공하고 표면을 연마함으로써 얻어진다. 대안적으로, 프리즘은 개구부 내에 배치되고 각을 이루어 배치된 반사 표면을 정의한다. US-A-2013/221212로부터 알려진 것은 센서의 본체에 통합된 반사 표면이다. 표면은 또다른 금속 층 상에 고정된 금과 같은 내부식성 귀금속 층으로 형성되어 어셈블리가 센서의 표면으로부터 돌출되지 않게 한다. EP-A-2006712는 코팅 상의 반사의 위상 변화를 허용하는 요철을 갖는 코팅을 생성하기 위한 금 접착 재료로서 크롬 및 티타늄 실리사이드를 기반으로 하는 광학 인코더의 반사 표면을 기술한다.

따라서, 최신 기술의 반사 표면으로는 제어된 비용으로 용이한 제조를 유지하면서 시간이 지남에 따라 지속되는 최소 반사 손실을 얻는 것이 쉽지 않다.

본 발명은, 제어된 비용에서 센서의 초기 크기를 수정하지 않고 시간이 지남에 따라 내구성 있고 높은 반사 계수를 보장하고 용이한 구현을 보장하는 광 센서의 반사 표면의 코팅을 제안함으로써 개선하도록 제안할 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 주제는 광학 인코더의 광원에 의해 방출된 광 빔을 반사하기 위한 수단을 위한 반사 코팅이고, 광 빔의 반사는 광수용체를 향하고 있고, 코팅은 유리로 제조된 적어도 하나의 편평한 라멜라(lamella)를 포함하고, 라멜라의 한 면은 상기 광학 인코더의 반사 수단의 일부분 상에 연결 수단을 형성하고, 연결 수단을 형성하는 면과 반대하는 면 상에, 반사될 광 빔의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수를 갖는 적어도 하나의 재료로 제조된 적어도 하나의 층과 함께, 상기 라멜라가 제공되고, 96% 초과의 반사 계수를 갖는 상기 재료는 금 또는 금 기반의 합금이고, 코팅은 금 층을 보호하기 위한 보호 재료 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 광학 인코더의 반사 수단에 연결 수단을 통합한 반사 코팅이 얻어진다. 유리 라멜라의 사용은, 반사 수단의 크기를 실질적으로 수정하지 않는 것 외에도, 코팅의 취급 및 배치를 용이하게 한다. 반사 재료가 처음부터 유리 라멜라에 존재하기 때문에, 이 라멜라가 반사 수단에 고정되면, 반사 재료가 직접 동작하고 보호 층은 시간이 지남에 따라 초기 반사 값을 유지할 수 있게 한다. 추가적으로, 유리 라멜라는 제어된 두께의 반사 재료를 갖는, 균일한 층을 증착할 수 있는 완벽하게 편평한 표면을 얻을 수 있다.

본 발명의 유리하지만 선택적인 양상에 따르면, 이러한 반사 코팅은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

- 연결 수단을 형성하는 면과 반대하는 유리 면은, 한 쪽으로는 상기 유리 면에 접착되게 하는, 그리고 다른 쪽으로는 반사될 광 빔의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수를 갖는 재료의 혼합물 또는 합금에 또는 또다른 재료에 접착되게 하는, 물리화학적 특성을 갖는 재료 층을 수용한다.

- 면과 반사 재료 사이의 연결을 제공하는 재료는 크롬 또는 크롬 합금이다.

- 96% 초과의 반사 계수를 갖는 재료는 은 또는 은 기반의 합금이다.

- 유리 라멜라 및 재료 층은 중합체 시트에 의해 형성된 지지체 상에 고정된다.

- 유리 라멜라 및 재료 층은 반사 코팅의 치수에 대응하는 원하는 치수까지 시트 상에서 프리컷된다.

본 발명은 또한 전술한 특징들 중 하나에 따른 적어도 하나의 반사 수단을 구비한 광학 인코더에 관한 것이다.

본 발명은, 단지 비제한적인 예로서 제공되고 첨부된 도면을 참조하는 다음의 설명을 읽음으로써, 더 잘 이해될 것이며 그 추가의 이점이 더 분명히 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 수단을 포함하는 광학 인코더 부분의 사시도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 인코더의 동작 원리를 다른 축척으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 반사 수단의 코팅의 확대된 단순화된 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 코팅 어셈블리를 제공하는 방법을 다른 축척으로 단순화된 사시도이다.

도 1은, 2로 참조되는 반사 수단을 수용하는 광학 인코더의 일부에 대응하는, 1로 참조되는 광학 인코더의 일부분을 도시한다. 부분(1)은 도 1에서 볼 때 상단에서 개방된 원형 볼륨으로서 구성된다. 이 상부 개구부는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 광학 인코더의 다른 구성 요소를 수용할 수 있게 한다. 부분(1)의 하단(3)은 편평하고, 예를 들어 3개의 직사각형 관통-컷아웃(through-cutout)(4)을 구비한다. 변형으로, 컷아웃의 수는 3개와 상이하다. 직사각형 컷아웃(4)의 짧은 변에 대응하는 이들 컷아웃(4)의 벽(5)은 하단(3)의 주 평면(P)에 대해 45° 경사져 있다. 벽(5)에 의해 정의된 각도의 개구부가 바닥(3)의 내부 면(6) 상에 위치되도록 벽(5)의 경사가 배향되므로, 광학 인코더가 부분(1) 위에 위치할 때 면은 광학 인코더의 다른 구성 요소의 방향으로 배향된다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 유형의 광학 인코더에서, 컷아웃(4)의 주 종축(A)은 서로에 대해 각을 이루어 배향된다. 이러한 컷아웃(4)은 하단(3)의 중심(C)과 하단(3)을 제한하는 주변 벽(7) 사이에서, 하단(3) 위에 분포된다. 따라서, 컷아웃(4)과 경사진 벽(5)은 반사 수단(2)을 정의한다. 도시된 바와 같이, 컷아웃(4)의 수, 배열, 형상 및 치수는 상이하다.

도 2는 그러한 광학 인코더의 동작, 특히 반사 수단(2)의 역할을 개략적으로 도시한다. 발광 다이오드(8)는, 벽(5) 중 하나에 부딪혀 편향되고 45° 경사로 인해 하단(3)의 평면(P)에 평행한 방향으로 컷아웃(4)의 다른 벽(5)으로 다시 전송되기 전에, 유리 레티클(9)를 통과하는 광 빔(F)을, 유리하게는 적외선으로, 방출한다. 빔(F)은 감광체(11)에 부딪히기 전에 유리 레티클(9)과 유리 디스크(10)를 다시 통과한다. 디스크(10)는 불투명 영역과 반투명 영역으로 회전가능하다. 유리 레티클(9)은 빔(F)의 회절을 보장한다. 이러한 유형의 광학 인코더의 상세한 동작은 예를 들어 EP-B-964 226에 의해 제공된다.

도 2는 광학 빔(F)의 정의된 방향으로 반사를 제공하는 벽(5)의 역할을 도시한다. 빔(F)의 이러한 전체적으로 U자형 경로는, 동일 평면 상에서 광학 인코더 내의 광 빔(F)의 송신기(8) 및 수신기(11)를 위치결정할 수 있게 하고, 이는 특히 두께 측면에서 인코더의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.

벽(5) 사이의 빔(F)의 반사는, 측정의 정확성을 보장하기 위해, 송신기(8)와 하나의 벽 사이에서, 그리고 다른 벽(5)과 수신기(11) 사이에서 빔(F)의 광학 경로의 평행성을 정확하게 존중하여 어떠한 광학 손실도 없이 일정한 방식으로 수행되어야 한다는 점에 유의한다. 반사 특성은 광학 인코더의 전체 수명 동안 - 이 수명은 적어도 20년으로 알려짐 - 예를 들어 열 변화, 진동 및 충격과 같은 환경 조건 및 수행된 측정 횟수에 관계없이 변경 또는 수정하지 않고 시간이 지남에 따라 일정해야 한다.

따라서, 각각의 벽(5)에는 반사 코팅(12)이 제공된다. 이 코팅(12)은 특히 도 3에서 볼 수 있다. 본 발명에 따르면, 코팅(12)은 편평한 유리 라멜라(13)를 포함한다. 이러한 라멜라(13)는 두께가 0.15mm 내지 0.25mm이고, 바람직하게는 0.2mm에 가깝다. 경사 평면이 광 빔의 경로를 달성하기 위한 최적의 각도로 기계 가공되는 한, 코팅은 초기 반사에 미치는 영향을 최소화해야 하므로, 충분히 강하고 견고하면서 광학적 반사 결함을 제한하기 위한 최소 두께을 가진다. 따라서, 0.2mm에 가까운 유리 라멜라의 두께가 유지된다. 도 3에서 볼 때, 라멜라(13)의 하부 면(14)은 벽(5) 상에 고정되도록 구성된다. 고정은 유리하게는 자외선 하에서 중합될 수 있는 접착제로 접착함으로써 행해진다. 이러한 접착제는 코팅의 전체 두께에 영향을 미치지 않기 위해 얇은 층에 사용되는 유체여야 한다. 이 접착제는 충격, 진동, 고온 변화(예를 들어, -40℃ 내지 +150℃)를 견뎌야 하며, 최소 20년인 인코더의 수명을 감안할 때 시간이 지나도 내구성이 있어야 하고, 라멜라의 유리와 경사 벽의 금속 사이의 상이한 열 팽창을 견디기에 충분히 유연해야 한다. 또한, 접착제의 중합은, 라멜라가 제 위치에 있고 사용자가 본딩을 수행하기를 원하면, 거의 즉각적, 일반적으로 15초 정도여야 한다. 이러한 접착제는 예를 들어 PANACOL 사에서 시판하는 투명 아크릴계 접착제이다. 변형으로서, 예를 들어 주위 온도, 일반적으로 20℃ 내지 25℃에서 열 중합가능한 접착제와 같은 다른 접착제가 사용된다.

면(14)과 반대하는 면(15)은, 가독성을 높이기 위해 크로스 해칭으로 도 3에 개략적으로 도시된다. 면(15)은 한 쪽으로는 유리에 완벽하게 접착되고, 다른 쪽으로는 관계된 파장, 즉 이 경우 800nm 내지 900nm의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수를 갖는 재료의 혼합물 또는 합금이나 또다른 재료에 접착되게 하는, 물리화학적 특성을 갖는 재료 층(16)을 수용한다. 여기서, 재료(16)는 크롬이다. 변형으로, 유리에 접착하는 것을 가능하게 하고 금에도 접착력을 나타내는 재료 또는 재료의 합금이다.

따라서, 여기서 크롬인 금속(16)은 유리에 대대 최적의 접착력을 가질 뿐만 아니라 높은 반사 계수를 위해 선택된 재료(17)의 함수로서 선택된다는 것이 이해된다. 여기서, 재료(17)는 99.99% 순금이며, 850nm에서의 반사 계수는 97.8%이다.

크롬 층(16)은 그 자체로 공지된 기술, 예를 들어 증발 증착에 의해 면(15) 상에 고정된다. 이러한 기술은 0.05 미크론 내지 0.1 미크론에 포함된 크롬 층(16)을 생성하는 것을 가능하게 한다.

금 층(17)은 또한 이 기술을 사용하여 증착되며 0.05 미크론 내지 0.1 미크론의 두께를 가진다. 다르게 말하면, 라멜라(13)와 크롬(16) 및 금(17) 층의 누적 두께는 대략 0.2mm이며, 이는 벽(5)의 두께 및 따라서 빔(F)의 경로를 실질적으로 수정하지 않는다.

금은 높은 반사 계수, 즉 800nm 내지 900nm의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수 외에도, 그에 따라 적외선에서 불활성이며 부식에 거의 민감하지 않고, 완전히 비자성이고, 연성이고, 가단성 있고, 쉽게 연마가능하기 때문에 반사 재료 층(17)을 생성하기 위해 선택된다. 유리의 초기 평탄도를 거울 광택에 가깝게 유지하면서 편평하고, 반사적이고, 규칙적이고, 균질한 표면을 얻기 위해 사용된다. 금은 주위 온도에서 가단성 있고 연질인 금속이기 때문에, 금 층(17)은 마킹에 더욱 민감하고 얇을수록 영향을 미친다. 시간이 지남에 따라 미끄러짐 현상도 있다. 유리하게는, 금 층(17)은 보호 재료 층(18)으로 코팅된다. 실제로, 층(17) 표면의 임의의 마킹 및 금 층(17)의 산화 또는 녹청 효과는 피해야 한다. 보호 층(18)이 없는 경우, 녹청 및/또는 산화 현상에 의한 층의 변색으로 인해 시간이 지남에 따라 반사 저하가 관찰된다. 시간이 지남에 따라 반사 계수를 유지하는 것은 인코더의 신뢰성에 중요한 포인트이므로 적어도 20년 기간 이상 일정 반사 계수를 유지할 수 있도록 하는 보호 층(18)이 필요하다. 따라서, 그 위에 보호 재료 층(18)을 증착하는 것이 유리하다. 이 재료는 빔을 편향시키고/시키거나 빔의 일부를 흡수하여 빔의 경로에 영향을 미치지 않도록 완전히 투명하고 광학적으로 중립이어야 한다. 알루미나는 이러한 요건을 충족한다. 이를 위해, 알루미나 층은 0.015mm에 가까운 두께로 층(17) 상에 증착된다. 이러한 보호 층(18)의 두께는 코팅의 공칭 두께에 영향을 미치지 않으면서 최적의 보호를 제공한다. 변형으로서, 예를 들어 금 이외의 재료의 다른 침착물, 예를 들어 은에 기반한 침착물을 보호하기 위해 사용될 수 있는, 예를 들어 실리카와 같은 다른 재료 또는 복합 재료이다.

코팅(12), 따라서 크롬 층(16), 금 층(17) 및 보호 층(18)으로 코팅된 유리 라멜라(13)의 치수는 일반적으로 폭이 2.5mm 내지 3mm이고, 길이가 2.5mm 내지 3mm이고, 두께가 0.3mm 미만이다.

따라서, 이러한 코팅(12)의 취급, 운송 및 보관이 쉽지 않다는 것을 생각할 수 있다. 결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅(12)은 코팅(12)의 저장 및 수송을 위한 수단을 정의하는 시트(19)에서 프리컷(precut)함으로써 본 발명의 구현 전에 제조된다. 이 시트(19)는 중합체 시트로부터 얻어지고, 그 위에 코팅(12)을 구성하는 다양한 층(13, 16 내지 18)이 증발 증착과 같은 그 자체로 공지된 기술에 의해 증착된다. 그 다음, 각각의 코팅(12)은 쏘잉(sawing)에 의해 원하는 치수로 프리컷된다. 여기서, 프리컷된 코팅(12)은 평행한 열로 배치된다. 각각의 코팅(12)은 또다른 코팅(12)에 인접하고, 두 코팅(12) 사이의 분리는 도 4에 도시된 바와 같이 인접한 코팅(12)을 손상시킬 위험 없이 개별적으로 코팅(12)을 취할 수 있도록 컷팅 선에 의해 구현된다. 대안적으로, 시트(19) 상의 코팅(12)의 배열은 상이하다. 이러한 시트(19)는 전문 공급자로부터 그 자체로 공지된 기술에 의해 미리 제조된다.

그 다음, 시트(19) 상에 프리컷된 코팅(12)을 취하여 벽(5) 상에서 위치결정하는 것이 용이하다. 상기한 바와 같이, 고정은, 유리하게는 접착제의 UV 중합를 이용한 접착에 의해 행해진다. 변형으로서, 다른 유형의 접착제, 예를 들어 활성제의 존재 또는 부재 하에 실온에서 중합될 수 있는 접착제가 사용된다.

코팅( 12)은 벽(5)의 전체 표면을 덮도록 접착에 의해 고정하는 단계 동안 벽(5) 상에 위치결정된다. 따라서, 빔(F)이 반사 층(17)에 부딪힐 때, 빔(F)이 반사 층(17)의 중심에 완벽하게 있지 않아도, 다른 벽(5)의 방향의 빔(F)의 광학 경로에 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 관련된 파장에서 적어도 96%의 반사 계수를 갖는 반사 코팅은 벽(5)을 구성하는 재료를 기계 가공하고 연마함으로써 얻어진다. 이러한 경우에, 상기 벽(5)은, 예를 들어 유사한 광학 특성을 가진 다른 금속 또는 금속 합금 또는 재료로 제조된다. 96% 초과의 반사계수를 갖는 재료는 유리와 유사한 팽창의 금 또는 금 합금이다.

Claims (5)

1. 광학 인코더의 광원(8)에 의해 방출된 광 빔(F)을 반사하기 위한 수단(2)을 위한 반사 코팅(12)에 있어서, 상기 광 빔(F)의 반사는 광수용체(11)를 향하고 있고, 상기 코팅(12)은 유리로 제조된 적어도 하나의 편평한 라멜라(13)를 포함하고, 상기 라멜라(13)의 한 면(14)은 상기 광학 인코더의 상기 반사 수단(2)의 일부분(5) 상에 연결 수단을 형성하고, 연결 수단을 형성하는 상기 면(14)과 반대하는 면(15) 상에, 반사될 상기 광 빔(F)의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수를 갖는 적어도 하나의 재료로 제조된 적어도 하나의 층(17)과 함께, 상기 라멜라가 제공되고, 96% 초과의 반사 계수를 갖는 상기 재료(17)는 금 또는 금 기반의 합금이고, 상기 코팅(12)은 금 층(17)을 보호하기 위한 보호 재료 층(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반사 코팅(12).
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결 수단을 형성하는 상기 면(14)과 반대하는 유리 면(15)은, 한 쪽으로는 상기 유리 면(15)에 접착되게 하는, 그리고 다른 쪽으로는 반사될 광 빔(F)의 파장에 대해 96% 초과의 반사 계수를 갖는 재료의 혼합물 또는 합금에 또는 또다른 재료(17)에 접착되게 하는, 물리화학적 특성을 갖는 재료 층(16)을 수용하는 것을 특징으로 하는, 반사 코팅(12).
3. 제2항에 있어서,
   상기 면(15)과 상기 반사 재료(17) 사이의 연결을 제공하는 상기 재료(16)는 크롬 또는 크롬 합금인 것을 특징으로 하는, 반사 코팅(12).
4. 제1항에 있어서,
   상기 유리 라멜라(13) 및 재료 층(16 내지 18)은 중합체 시트(19)에 의해 형성된 지지체 상에 고정되는 것을 특징으로 하는, 반사 코팅(12).
5. 제1항에 따른 적어도 하나의 반사 수단(2)을 구비한 광학 인코더.

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