TWI401421B - 具有不同發射器檢測器組態之反射式編碼器 - Google Patents

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TWI401421B
TWI401421B TW095137690A TW95137690A TWI401421B TW I401421 B TWI401421 B TW I401421B TW 095137690 A TW095137690 A TW 095137690A TW 95137690 A TW95137690 A TW 95137690A TW I401421 B TWI401421 B TW I401421B
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Description

具有不同發射器檢測器組態之反射式編碼器 發明領域
本發明係概括有關光學編碼器。更特定言之，本發明係有關具有不同定向之光學編碼器。
 發明背景
光學編碼器係偵測動作且通常將閉迴路回饋提供至一馬達控制系統。當連同一碼尺(code scale)操作時，一光學編碼器係偵測動作(碼尺的線性或旋轉動作)，將經偵測動作轉換成用以編碼碼尺的運動、位置或速度之數位信號。此處，“碼尺”用語係包括碼輪及碼條。
通常，藉由一光學發射器及一光學檢測器來光學式偵測碼尺的動作。光學發射器係發射衝擊在碼尺上且自其反射之光。經反射光係由光學檢測器所偵測。一典型的碼尺係包括以一已知圖案來反射光之一規則圖案的槽及板。
第1A至1C圖顯示一已知光學編碼器100及一碼尺120。第1A圖為光學編碼器100及碼尺120的切除側視圖。第1B圖為自光學編碼器100觀看之碼尺120。第1C圖為自光學編碼器100觀看之光學編碼器100。第1A至1C圖包括更清楚顯示之定向軸線圖例。
參照第1A至1C圖，編碼器100係包括安裝在一諸如引線框106等基材106上之一光學發射器102及一光學檢測器104。光學發射器102及光學檢測器104以及引線框106的部分係被包封在一譬如包括無色環氧樹脂之包封物108中。包封物108係界定光學發射器102上方之一第一圓頂形表面110(第一透鏡110)及光學檢測器104上方之一第二圓頂形表面112(第二透鏡112)。
光學發射器102係發射經由第一透鏡110離開包封物108之光。第一透鏡110係將光集中或以其他方式導引朝向碼尺120，該光反射離開碼尺120。經反射光經由第二透鏡112抵達光學檢測器104。第二透鏡112係將經反射光集中或以其他方式導引朝向光學檢測器104。光學檢測器104譬如可以只是用於將光轉換成電信號之光檢測器。
圖示範例中，光學發射器102係為一開縫型光發射器，開縫沿著Y軸。如圖所示，光學檢測器104沿著Y軸放置。並且，碼尺120的槽及板係沿著Y軸行進。為此，光學編碼器100及碼尺120係相對於彼此作定向及定位藉以偵測碼尺120在X軸方向中之運動。
此設計具有數項弱點。譬如，光學編碼器100對於失準呈現敏感。即便開縫發射器102的輕微失準亦導致對比的劣化，因此導致光學編碼器100的效能劣化。並且，光學編碼器100係只偵測一方向(譬如沿著圖示範例之X軸方向)中之運動，故限制了編碼器封裝體的定向之彈性。並且，既有的光學編碼器在發射器的一側上具有有限數量(一般至多兩個)的資料通路。
為此，仍需要可減輕或克服這些缺陷之經改良的光學編碼器。
 發明概要
本發明可滿足該需求。本發明的第一實施例中，一光學編碼器包括一發射器及一檢測器。發射器適可以一圓形圖案發射光，其中發射器可操作以將光提供至一碼尺作反射。檢測器係適可偵測來自碼尺之經反射光。
本發明的第二實施例中，一光學編碼器係包括一發射器、一檢測器、及包封物。發射器適可發射光，經發射光被導引朝向一碼尺以供反射。檢測器係適可偵測來自碼尺之經反射光。包封物包封住發射器及檢測器，包封物在發射器及檢測器上方形成一單圓頂。
本發明的第三實施例中，一光學編碼器係包括一發射器、一檢測器、及發射器與檢測器之間的一擋板。發射器適可發射光，經發射光被導引朝向一碼尺以供反射。檢測器係適可偵測來自碼尺之經反射光。發射器及檢測器之間的擋板係防止來自發射器的漫射光抵達檢測器。
本發明的第四實施例中，一光學編碼器係包括一發射器、一檢測器及一率檢測器。發射器適可發射光，經發射光被導引朝向一碼尺。檢測器適可偵測自碼尺反射之光。檢測器提供兩資料通路。率檢測器係提供一率通路。
將連同以範例顯示本發明原理之圖式從下文詳細描述得知本發明的其他態樣及優點。
圖式簡單說明
第1A至1C圖顯示一先前技藝光學編碼器及一樣本碼尺之不同圖式；第1B圖顯示從第1A及1C圖的光學編碼器觀看之第1A圖的樣本碼尺；第2A及2B圖顯示根據本發明的一實施例之一光學編碼器封裝體的不同圖式；第2C圖顯示從第2A及2B圖的光學編碼器封裝體觀看之樣本碼尺；第3A及3B圖顯示根據本發明的另一實施例之一光學編碼器的不同圖式；第4A及4B圖顯示根據本發明另一實施例之一光學編碼器的不同圖式；第4C圖顯示從第4A及4B圖的光學編碼器封裝體觀看之樣本碼尺；第5圖演出根據本發明另一實施例之一光學編碼器。
 較佳實施例之詳細說明
現在參照用以顯示本發明各種不同實施例之圖式來描述本發明。圖中，基於示範目的，結構或部分之有些尺寸可能相對於其他結構或部分被誇大且未依實際比例繪製且因此可供顯示本發明的一般結構。尚且，參照相對於其他結構、部分、或兩者被定位在“上”或“上方”之一結構或一部分來描述本發明的不同態樣。此處使用諸如“上”或“上方”等相對性用語及片語來描述一結構或部分相對於另一結構或部分之關係，如圖所示。請瞭解此等相對性用語係預定涵蓋除了圖示定向以外之裝置的不同定向。
譬如，如果圖中的裝置作翻轉、旋轉、或作兩者，被描述為位於其他結構或部分“上”或“上方”之結構或部分此時將定向在其他結構或部分“下方”、“底下”、“左方”、“右方”、“前方”或“後方”。提及一結構或部分形成於另一結構或部分“上”或“上方”係包含額外結構或部分可能介入。提及一結構或一部分形成於另一結構或部分上或上方而無中介結構或部分在此處係描述為形成“直接”位於另一結構或另一部分“上(directly on)”或“直接”位於其“上方(directly above)”。相同編號係指此文件中的相同元件。
對稱性發射器
再度參照第1A圖，光學發射器102係為一以一長卵形或一開縫發光之開縫發射器。此設計中，光學編碼器100的效能係對於發射器相對於碼尺120的輕微失準誤差呈現敏感。為了降低失準敏感度，可如第2A及2B圖所示使用一具有對稱性輻射圖案之發射器。第2B圖為光學編碼器200之俯視圖。第2A圖為沿著第2B圖的線2A－2A切割之切除側視圖。第2A及2B圖顯示根據本發明的一實施例之一光學編碼器封裝體200。
參照第2A及2C圖，光學編碼器200係包括一適可自頂部觀看以一對稱(譬如圓形)圖案提供光之對稱性發射器202(譬如，一LED(發光二極體))。對稱性發射器202係發射均勻、對稱的光以反射離開一諸如碼尺230等碼尺。由於經發射光的均勻性及對稱性，光學編碼器200相較於對於第1A及1C圖的先前技藝編碼器100的失準之敏感度而言係對於光學編碼器200及碼尺230之間的失準較不敏感。
光學編碼器200可操作以將來自對稱性發射器202的光提供至碼尺230。碼尺230係包括第一定向(圖示範例實施例中位於y軸中)之槽及板。因此，碼尺230係自對稱性發射器202反射光。經反射光係被一檢測器214偵測且轉換至電信號以譯成代表碼尺230的位置及動作之資訊。
對稱性發射器202及檢測器214係製作在基材204(譬如引線框204)上。對稱性發射器202及檢測器214以及一基材204(譬如引線框204)的部分被包封在一譬如包括無色環氧樹脂之包封物218中。此處，包封物218係界定一雙圓頂狀表面，其包括對稱性發射器202上方之一第一圓頂形表面220(第一透鏡220)及光學檢測器214上方之一第二圓頂形表面222(第二透鏡222)。
對稱性發射器202係發射經由第一透鏡220離開包封物218之光。第一透鏡220係將光集中、準直或以其他方式導引朝向碼尺230，光反射離開碼尺230。經反射光係經由第二透鏡222抵達光學檢測器214。第二透鏡222將經反射光集中、準直或以其他方式導引朝向光學檢測器214。圖示範例中，碼尺230的槽及板沿著Y軸行進。為此，光學編碼器200及碼尺230係被定向在該定向中以偵測碼尺230在X軸方向中之運動。
光學編碼器200的另一態樣係為光學發射器202與光學檢測器214之間的一擋板208，或一光學障壁208。擋板208係防止漫射光抵達光學檢測器214。擋板208可塗覆有黑色吸收材料，該等黑色吸收材料係吸收不需要的光學輻射部分藉以降低不需要的光學輻射所造成之雜訊。只供範例用，擋板208可包括或塗覆有假體(dummy)黑色電子組件、經陽極化金屬、分離體件的黑色塑料、黑色吸收性環氧樹脂、黑色聚合物、充填有碳的聚合物、黑色樹脂、黑色墨水標記、環氧樹脂塗覆物、經雷射焚燒表面及能夠吸收光學輻射之其他類似類型的材料。擋板208可製作成具有任何適當形狀，譬如只是長方形或梯形。
單圓頂
本發明的另一態樣係顯示於第3A及3B圖中。第3B圖為一光學編碼器300的俯視圖。第3A圖為沿著第3B圖的線3A－3A切割之光學編碼器300的切除側視圖。光學編碼器300的部分係類似於第2A及2B圖的光學編碼器200之對應部分。為求方便，類似於第2A及2B圖的光學編碼器200的對應部分之光學編碼器300的部分係標示有相同編號。
參照第3A及3B圖，光學編碼器300係包括一基材引線框204上之一發射器202及一檢測器214。包封物302係包封發射器202、檢測器214、及引線框204的部分。此處，包封物302係形成用以覆蓋住發射器202及檢測器214之一單圓頂304。部分應用中，單圓頂組態因為需要較少空間、製造複雜度、或兩者而可能比雙圓頂組態更為理想。
多通路編碼器
再度參照第1A及1C圖，光學編碼器100通常包括具有一或至多兩個通路之單一光學檢測器104。對於其中需要額外通路之應用，使用兩個先前技藝光學編碼器100。為了克服此問題，第4A及4B圖顯示一包括一光學發射器202及兩光學檢測器之光學編碼器400。第4B圖係為一光學編碼器400的俯視圖。第4A圖為沿著第4B圖的線4A－4A切割之光學編碼器400的切除側視圖。
光學編碼器400的部分係類似於第2A及2B圖之光學編碼器200的對應部分、第3A及3B圖之光學編碼器300的對應部分、或兩者。為求方便，類似於第2A及2B圖之光學編碼器200的對應部分、第3A及3B圖之光學編碼器300的對應部分、或兩者之光學編碼器400的部分係標示有相同編號。
參照第4A及4B圖，光學編碼器400係包括一發射器202及一檢測器401。檢測器401可包括最多達到兩個通路。檢測器401係構形為可以第4C圖的碼尺411操作。圖示實施例中，檢測器401係放置為沿著X軸、各個個別光電二極體之長度方向、正交於沿著Y軸之定向(如第4C圖所示)。此定向係用以示範本發明之替代性實施例。
光學編碼器400進一步包括另一包括有另一亦即第三通路之檢測器402。圖示實施例中，第二檢測器402係為一率檢測器402且可構形為可以第4C圖所示的另一碼尺412運作。率碼尺412係構形為可以率檢測器402操作且可具有與碼尺411解析度不同之(槽及板的)解析度。圖示實施例中，光學編碼器400具有三個資料通路－－來自其第一檢測器401之兩者以及來自率檢測器402之率通路。並且，圖示實施例中，光學編碼器400係為一單圓頂組態。
組合
本發明的其他實施例中，可將本發明的不同技術及態樣予以合併。譬如，圓形發射器202(第2A及2B圖)、擋板208(第2A及2B圖)、雙圓頂220及222構造(第2A及2B圖)、單圓頂(304)構造(第3A及3B圖)、多重檢測器/通路(401及402)構造(第4A及4B圖)可在本發明的範圍內以任何組合加以合併。
第5圖顯示一光學編碼器500中之組合實施例的一者。參照第5圖，光學編碼器係包括包封物502，其形成一雙圓頂組態的一第一圓頂504及一第二圓頂506。此處，第一圓頂部分係包封一光學發射器508及一檢測器510，而第二圓頂部分包封一第二率檢測器512。光學發射器508在此處例如為一圓形發射器。光學發射器508可為一開縫發射器，其放置為沿著X軸、各個個別光電二極體的長度方向。從第5圖及先前圖式及討論可看出，發射器508及檢測器510及512相對於兩圓頂504及506之位置可重新配置以達成其他組態。或者，發射器508及檢測器510及512或這些物件的其他組合可放置在具有一單圓頂之包封物內。
結論
從上文可看出本發明係為新穎且提供優於現今技藝之優點。雖然上文描述及顯示本發明的特定實施例，本發明不限於依此描述及顯示之元件的特定形式及配置。譬如，可使用不同組態、尺寸或材料但仍落在本發明的範圍內。本發明係由申請專利範圍所限制。
100．．．先前技藝光學編碼器
102，508．．．光學發射器
104．．．光學檢測器
106，204．．．基材
108，218，302，502．．．包封物
110．．．第一圓頂形表面，第一透鏡
112．．．第二圓頂形表面，第二透鏡
120，230，411，412．．．碼尺
200，300，400，500．．．光學編碼器
202．．．圓形發射器，對稱性發射器
208．．．擋板，光學障壁
214，510．．．檢測器
220．．．第一圓頂形表面，第一透鏡
222．．．第二圓頂形表面,第二透鏡
304．．．單圓頂
401．．．第一檢測器
402．．．率檢測器
504．．．第一圓頂
506．．．第二圓頂
512．．．第二率檢測器
第1A至1C圖顯示一先前技藝光學編碼器及一樣本碼尺之不同圖式；第1B圖顯示從第1A及1C圖的光學編碼器觀看之第1A圖的樣本碼尺；第2A及2B圖顯示根據本發明的一實施例之一光學編碼器封裝體的不同圖式；第2C圖顯示從第2A及2B圖的光學編碼器封裝體觀看之樣本碼尺；第3A及3B圖顯示根據本發明的另一實施例之一光學編碼器的不同圖式；第4A及4B圖顯示根據本發明另一實施例之一光學編碼器的不同圖式；第4C圖顯示從第4A及4B圖的光學編碼器封裝體觀看之樣本碼尺；第5圖演出根據本發明另一實施例之一光學編碼器。
204．．．基材
214．．．檢測器
200．．．光學編碼器
218．．．包封物
202．．．圓形發射器,對稱性發射器
220．．．第一圓頂形表面，第一透鏡
208．．．擋板，光學障壁
222．．．第二圓頂形表面，第二透鏡

Claims (15)

  1. 一種光學編碼器，包含：一發射器，其適於發射光，該經發射光被導引朝向一碼尺及一率碼尺(index code scale)以供反射；一檢測器，其適於偵測來自該碼尺之經反射光；一率檢測器，其適於偵測來自該率碼尺之經反射光；及一包封物，其包封該發射器、該檢測器及該率檢測器，該包封物係形成一雙圓頂表面，其中一圓頂表面位於該發射器及該檢測器上方，而另一圓頂表面位於該率檢測器上方；其中該發射器位於該檢測器及該率檢測器中間，且該發射器、該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，其中該發射器係為下列一者：一開縫發射器，及一圓形發射器。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，進一步包含該發射器與該檢測器之間的一擋板。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，其中該檢測器包含兩資料通路。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器包含複數個伸長之光電二極體，其中該複數個伸長之光電二極體之每一者具有一與該伸長之光電二極體之一伸長維度平行之伸長軸，該檢測器及該率檢 測器之伸長軸互相平行。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交且其中該檢測器及該率檢測器光電二極體之伸長軸與該共用軸平行。
  7. 如申請專利範圍第1項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交且其中該檢測器及該率檢測器光電二極體之伸長軸與該共用軸垂直。
  8. 一種光學編碼器，包含：一發射器，其適於發射光，該經發射光被導引朝向一碼尺及一率碼尺以供反射；一檢測器，其適於偵測來自該碼尺之經反射光；一率檢測器，其適於偵測來自該率碼尺之經反射光；及一擋板，其位於該發射器與該檢測器之間以防止來自該發射器之漫射光抵達該檢測器；其中該光學編碼器包含一包封物，該包封物於該發射器、該檢測器及該率檢測器上方形成一單圓頂表面，其中該圓頂表面位於該發射器及該檢測器上方，其中該發射器位於該檢測器及該率檢測器中間，且該發射器、該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交。
  9. 如申請專利範圍第8項之光學編碼器，其中該發射器係為下列一者：一開縫發射器，及一圓形發射器。
  10. 如申請專利範圍第8項之光學編碼器，其中該檢測器包含兩資料通路。
  11. 一種光學編碼器，包含：一發射器，其適於發射光，該經發射光被導引朝向一碼尺及一率碼尺；一檢測器，其適於偵測自該碼尺反射之光，該檢測器提供兩資料通路；及一率檢測器，其提供一率通路，其適於偵測來自該率碼尺之經反射光；其中該光學編碼器包含一包封物，該包封物形成一單圓頂表面，其中該檢測器及該率檢測器位於該單圓頂表面相對側邊之下方，其中該發射器位於該單圓頂表面之下方且位於該檢測器及該率檢測器中間，且該發射器、該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交。
  12. 如申請專利範圍第11項之光學編碼器，其中該發射器係為下列一者：一開縫發射器，及一圓形發射器。
  13. 如申請專利範圍第11項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器包含複數個伸長之光電二極體，其中該複數個伸長之光電二極體之每一者具有一與該伸長之光電二極體之一伸長維度平行之伸長軸，該檢測器及該率檢測器之伸長軸互相平行。
  14. 如申請專利範圍第13項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交且其中該檢測器及該率檢測器光電二極體之伸長軸與該共用軸平行。
  15. 如申請專利範圍第13項之光學編碼器，其中該檢測器及該率檢測器於一共用軸相交且其中該檢測器及該率檢測器光電二極體之伸長軸與該共用軸垂直。
TW095137690A 2005-10-26 2006-10-13 具有不同發射器檢測器組態之反射式編碼器 TWI401421B (zh)

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