專利名稱：光學(xué)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)編碼器。
背景技術(shù)：
位置和/或運(yùn)動(dòng)編碼器提供了一種裝置，用于確定可運(yùn)動(dòng)物體的位置和/或運(yùn)動(dòng)。盡管已開發(fā)出了大量的位置編碼器系統(tǒng)，并且正在使用，但是大多位置編碼器系統(tǒng)可以被劃分為兩種類型線性和旋轉(zhuǎn)。正如它們各自的名稱所示，線性編碼器系統(tǒng)可以用來提供對(duì)線性或直線運(yùn)動(dòng)的指示，而旋轉(zhuǎn)編碼器可以用來提供對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的指示。
上述類型的編碼系統(tǒng)還可以進(jìn)一步被特征化為模擬編碼器系統(tǒng)或數(shù)字編碼器系統(tǒng)。模擬編碼器系統(tǒng)提供模擬輸出信號(hào)，例如與編碼器所檢測(cè)出的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的電壓或電流。模擬編碼器系統(tǒng)一般利用與可動(dòng)元件操作關(guān)聯(lián)的可變電阻器或阻抗元件?？勺冸娮杵鲗⒖蓜?dòng)組件的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
數(shù)字編碼器系統(tǒng)提供與編碼器所檢測(cè)出的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)字輸出信號(hào)。大多數(shù)字編碼器系統(tǒng)本質(zhì)上是光學(xué)數(shù)字編碼器，盡管也有非光學(xué)數(shù)字編碼器。光學(xué)數(shù)字編碼器一般利用光源、探測(cè)器、以及碼盤或碼帶。在碼盤或碼帶上具有記號(hào)或標(biāo)記。探測(cè)器檢測(cè)在碼盤或碼帶上提供的標(biāo)記，從而產(chǎn)生與碼帶相對(duì)于探測(cè)器的位置或運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)字輸出信號(hào)。
數(shù)字編碼器可以提供碼盤或碼帶的相對(duì)位置的相對(duì)或絕對(duì)指示。一般來說，相對(duì)編碼器在碼帶上提供單組記號(hào)或標(biāo)記。因?yàn)閱谓M記號(hào)對(duì)于碼帶的具體位置不唯一，所以相對(duì)編碼器系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)必須利用自動(dòng)引導(dǎo)程序(homing routine)，以導(dǎo)出可動(dòng)組件的實(shí)際位置。絕對(duì)位置編碼器一般依賴于碼帶上的多組標(biāo)記。這些標(biāo)記例如是與碼帶的每個(gè)位置相關(guān)聯(lián)的唯一信號(hào)。因此，這種絕對(duì)位置編碼器可以提供對(duì)可動(dòng)元件的絕對(duì)位置的指示，而無需首先執(zhí)行自動(dòng)引導(dǎo)程序。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)編碼器可以包括具有第一側(cè)、第二側(cè)的碼帶、在其上包括標(biāo)記的第一軌道、以及在其上包括標(biāo)記的第二軌道。碼帶可沿位移路徑相對(duì)于光學(xué)編碼器運(yùn)動(dòng)。位于碼帶的第一側(cè)的光源直接光照該碼帶。第一探測(cè)器元件位于碼帶的第二側(cè)，并且一般來說對(duì)準(zhǔn)該碼帶的第一軌道。第二探測(cè)器元件位于碼帶的第二側(cè)，并且一般來說對(duì)準(zhǔn)該碼帶的第二軌道。第二探測(cè)器元件也被如此安置，以使得第二探測(cè)器元件定位于沿位移路徑與第一探測(cè)器元件相距間隔距離。


在附圖中示出了說明性的當(dāng)前優(yōu)選的示例性實(shí)施例，其中圖1是光學(xué)編碼器的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖2是圖1的光學(xué)編碼器的分解立體圖；圖3是圖1的光學(xué)編碼器的立面的側(cè)視圖；圖4是圖1的光學(xué)編碼器的光源組件的平面圖；圖5是圖4的光源組件的分解立體圖；圖6是圖1的光學(xué)編碼器的探測(cè)器組件的平面圖；圖7a是圖1的光學(xué)編碼器的部分外殼的立面?zhèn)纫晥D；圖7b是部分外殼的放大側(cè)視圖，其更清楚地示出了圖7的支撐面之一；和圖8是圖7的外殼的平面圖，其示出了支撐面的位置。
具體實(shí)施例方式
在圖1和圖2中示出了光學(xué)編碼器10的一個(gè)示例，其包括具有第一側(cè)14和第二側(cè)16的碼帶12。碼帶12包括多個(gè)軌道17，在其上具有標(biāo)記19，例如，標(biāo)記20的第一軌道18和標(biāo)記24的第二軌道22。在下面將更詳細(xì)地描述，取決于多種因素，包括但不限于所期望的分辨率和要被編碼的運(yùn)動(dòng)的范圍，在碼帶12上可以具有任何數(shù)目的標(biāo)記19的軌道17。碼帶12可沿位移路徑26相對(duì)于光學(xué)編碼器10移動(dòng)。在這里示出并描述的實(shí)施例中，光學(xué)編碼器10的讀取頭28相對(duì)于碼帶12移動(dòng)，而碼帶保持靜止?？商鎿Q地，碼帶12可以是可移動(dòng)的，而讀取頭28保持靜止。
主要參考圖2，光學(xué)編碼器10還可以具有光源組件30和探測(cè)器組件32。光源組件30和探測(cè)器組件32可以安裝到外殼組件34。這樣，讀取頭28包括光源組件30、探測(cè)器組件32和外殼組件34。這種布置是這樣的，光源組件30安置在碼帶12的第一側(cè)14，而探測(cè)器組件32安置在碼帶12的第二側(cè)16。探測(cè)器組件32一般與光源組件30對(duì)準(zhǔn)，以使得光源組件30產(chǎn)生并穿過碼帶12的光線可以被探測(cè)器組件32探測(cè)到。
圖4和圖5示出了光源組件30，其可以包括多個(gè)發(fā)光元件37，例如，在沿位移路徑26的第一位置的第一發(fā)光元件38和在沿位移路徑26的第二位置的第二發(fā)光元件40。在這里示出并描述的實(shí)施例中，光源組件30還具有其他發(fā)光元件，將在下面作更詳細(xì)地描述。多個(gè)發(fā)光元件37中的每個(gè)都具有對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡41，例如，第一準(zhǔn)直透鏡42和第二準(zhǔn)直透鏡44。多個(gè)發(fā)光元件37安置在多個(gè)位置中，以形成圖4示出的交錯(cuò)間隔布置。更具體地說，在一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)光元件38沿第一發(fā)光元件軸46安置，而第二發(fā)光元件40沿第二發(fā)光元件軸48安置。第一和第二發(fā)光元件軸46和48被沿位移路徑26方向分離開間隔距離50。將在下面更詳細(xì)地描述，與各個(gè)發(fā)光元件37(例如，第一發(fā)光元件38和第二發(fā)光元件40)共軸對(duì)準(zhǔn)的情形相比，這種第一和第二發(fā)光元件38和40交錯(cuò)間隔允許減小了光源組件30的總長度48。
圖6以最好觀察的方式示出了探測(cè)器組件32，其可以包括多個(gè)探測(cè)器元件51，例如，安置在沿位移路徑26的第一位置的第一探測(cè)器元件52和安置在沿位移路徑26的第二位置的第二探測(cè)器元件54。在這里示出并描述的實(shí)施例中，探測(cè)器組件32還可以具有其他探測(cè)器元件51，將在下面更詳細(xì)地描述。第一探測(cè)器元件52沿第一探測(cè)器元件軸56安置，而第二探測(cè)器元件54沿第二探測(cè)器元件軸58安置。第一和第二探測(cè)器元件軸56和58被沿位移路徑26方向分離開間隔距離60。在一個(gè)實(shí)施例中，分隔第一和第二探測(cè)器元件軸56和58的間隔距離60基本等于第一和第二發(fā)光元件軸46和48之間的間隔距離50(圖4)。
另外，第一探測(cè)器元件52一般對(duì)準(zhǔn)碼帶12的第一軌道18，以使第一探測(cè)器元件52探測(cè)出包括碼帶12的第一軌道18的標(biāo)記20。第二探測(cè)器元件54一般對(duì)準(zhǔn)碼帶12的第二軌道22，以使第二探測(cè)器元件54探測(cè)出包括碼帶12的第二軌道22的標(biāo)記24。
各個(gè)探測(cè)器元件(例如，52和54)的交錯(cuò)間隔形成探測(cè)器組件32，(就是說，第二探測(cè)器元件54位于沿位移路徑26距第一探測(cè)器元件52間隔距離60的位置這一事實(shí))意味著包括碼帶12的第二軌道22的標(biāo)記24應(yīng)當(dāng)移位或偏移基本相同的距離，即，間隔距離60。
光學(xué)編碼器10還可以具有孔徑平板62?？讖狡桨?2以圖3示出的方式安置在探測(cè)器組件32和碼帶12之間，其中圖3以最好觀察的方式示出了該安置方式?？讖狡桨?2限定至少第一孔徑64和第二孔徑66，第一孔徑64一般對(duì)準(zhǔn)第一探測(cè)器元件52，第二孔徑66一般對(duì)準(zhǔn)第二探測(cè)器元件54?？讖狡桨?2還可以具有其他孔徑，將在下面更詳細(xì)描述。另外，還將更詳細(xì)地描述，在某些情形中，孔徑平板62可以增加光學(xué)編碼器10的分辨率。
光學(xué)編碼器10的一個(gè)有用的特征在于其可以容易地?cái)U(kuò)展，這允許光學(xué)編碼器10容易地適用于廣泛的應(yīng)用。即，可以通過增加或減少各發(fā)光元件37和探測(cè)器元件51的數(shù)目來容易地修改相同的基本設(shè)計(jì)，從而容納更寬或更窄的碼帶。光學(xué)編碼器10的其他有用特征在于，發(fā)光元件37的交錯(cuò)布置允許光源組件30的總長度49相對(duì)于未使用交錯(cuò)間隔的情形被減少。另外，針對(duì)每個(gè)發(fā)光元件37使用分離或交錯(cuò)的準(zhǔn)直透鏡41允許讀取頭28的總厚度相對(duì)于單個(gè)準(zhǔn)直透鏡被用于所有的發(fā)光元件37被減少。孔徑平板62通過限制允許到達(dá)各探測(cè)器元件51的雜散光的數(shù)量，從而增加了靈敏度?？讖狡桨?2還可以增加光學(xué)編碼器的分辨率。
已經(jīng)簡(jiǎn)述了光學(xué)編碼器10的一個(gè)實(shí)施例，下面將詳細(xì)描述本實(shí)施例和其他實(shí)施例。但是，在進(jìn)行之前，應(yīng)當(dāng)注意，取決于光學(xué)編碼器10的應(yīng)用，其可以具有任何廣泛的分離光學(xué)準(zhǔn)直透鏡41和探測(cè)器元件51。另外，在碼帶12上提供的軌道17的數(shù)目、以及可以在每個(gè)軌道上提供的標(biāo)記19的數(shù)目和間隔也可以隨具體應(yīng)用的需求以及所期望的分辨率而變。類似地，光學(xué)編碼器不限于在線性應(yīng)用中使用，并且可以容易地適用于在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中使用，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在熟悉了這里提供的教導(dǎo)之后，這些將變清楚。
重新參考圖1和圖2，光學(xué)編碼器10的一個(gè)實(shí)施例可以用來確定碼帶12相對(duì)于光學(xué)編碼器10的讀取頭28的絕對(duì)位置。在這里示出并描述的實(shí)施例中，讀取頭28相對(duì)于碼帶12沿位移路徑26運(yùn)動(dòng)，而碼帶12保持靜止。可替換地，碼帶12可以是可動(dòng)的，而讀取頭28保持靜止。類似地，碼帶12不需要包括一般的矩形形狀元件，而是可以包括盤狀或環(huán)狀元件，以用作旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中。
為了提供絕對(duì)位置傳感，在碼帶12上具有多個(gè)軌道17(例如，第一軌道18和第二軌道22)，軌道17上具有標(biāo)記19(例如，第一組標(biāo)記20和第二組標(biāo)記24)。標(biāo)記19可由探測(cè)器組件32檢測(cè)，以允許探測(cè)器組件32檢測(cè)出碼帶12的運(yùn)動(dòng)。常用標(biāo)記19包括但不限于對(duì)光源組件30產(chǎn)生的光線基本透明和基本不透明的交替區(qū)域。相鄰軌道17具有區(qū)分標(biāo)記，以允許確定出碼帶12相對(duì)于讀取頭28的絕對(duì)位置。例如，在一種實(shí)施例中，每個(gè)連續(xù)軌道17具有兩倍數(shù)目的標(biāo)記(例如，基本透明和基本不透明的區(qū)域)，從而允許沿碼帶12的每個(gè)位置都具有與其相關(guān)聯(lián)的唯一“編碼”。
碼帶12的一個(gè)特征在于與對(duì)應(yīng)于下述探測(cè)器元件51(例如，第二探測(cè)器元件54)的那些軌道17唯一相關(guān)，所述探測(cè)器元件51位于沿位移路徑26的偏移或移位位置，例如，沿第二探測(cè)器元件軸58布置的那些探測(cè)器元件51。如上所述，對(duì)應(yīng)于偏移探測(cè)器的那些軌道(例如，第二軌道22)的標(biāo)記19(例如，標(biāo)記24)應(yīng)當(dāng)被偏移分離探測(cè)器元件51的間隔距離相同的距離。
現(xiàn)在參考圖4和圖5，光源30可以包括多個(gè)獨(dú)立的發(fā)光元件37，例如，第一發(fā)光元件38和第二發(fā)光元件40。這多個(gè)發(fā)光元件37中的每個(gè)都具有對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡41，例如，第一準(zhǔn)直透鏡42和第二準(zhǔn)直透鏡44。第一發(fā)光元件38沿第一發(fā)光元件軸46安置，而第二發(fā)光元件40沿第二發(fā)光元件軸48安置。在這里示出并描述的實(shí)施例中，光源組件30具有以圖5示出的方式沿第一和第二發(fā)光元件軸46和48安置的其他發(fā)光元件37，圖5以最好觀察的方式示出了該方式。然而，由于在熟悉了這里提供的教導(dǎo)之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易地提供這些其他發(fā)光元件37，所以在這里不詳細(xì)描述可以利用的其他發(fā)光元件37。
如前面的簡(jiǎn)述，第一和第二發(fā)光元件軸46和48被沿位移路徑26方向的間隔距離50分離開。第一和第二發(fā)光元件38和40的交錯(cuò)間隔允許光源組件30的總長度49相對(duì)于發(fā)光元件37共軸對(duì)準(zhǔn)的情形被減少。在獨(dú)立的準(zhǔn)直透鏡41用于每個(gè)獨(dú)立發(fā)光元件37的情形中，總長度49被減少的量尤其顯著。
如前所述，應(yīng)當(dāng)注意，光學(xué)編碼器10不限于使用兩個(gè)發(fā)光元件37，例如第一發(fā)光元件38和第二發(fā)光元件40，而是可以包括任意數(shù)量的發(fā)光元件37。例如，在圖4和圖5示出的實(shí)施例中，光源組件30總共包括4個(gè)發(fā)光元件37，沿第一發(fā)光元件軸46布置的兩個(gè)發(fā)光元件37和沿第二發(fā)光元件軸48布置的兩個(gè)發(fā)光元件37。如上所述，多個(gè)發(fā)光元件37交錯(cuò)布置，以使光源組件30的總長度49最小化。
發(fā)光元件37(例如，第一和第二發(fā)光元件38和40)可以包括任何廣泛的發(fā)光器件，無論其是本領(lǐng)域已知的、還是將來可以開發(fā)的適于或?qū)⑦m于預(yù)想應(yīng)用的發(fā)光器件。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為發(fā)光元件37限于任何具體類型的發(fā)光元件37。然而，作為示例，多個(gè)發(fā)光元件37可以包括發(fā)光二極管。
各發(fā)光元件37可以被安裝到任何廣泛的下述結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)適于以這里所述的方式將各發(fā)光元件37保持在碼帶12的第一側(cè)14的適當(dāng)位置處，例如印刷電路板。可替換地，其他安裝布置也可以，在熟悉這里提供的教導(dǎo)之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，這將變清楚。作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，各發(fā)光元件37被安裝到本領(lǐng)域已知類型的印刷電路板68。
如上所述，每個(gè)發(fā)光元件37(例如，第一發(fā)光元件38和第二發(fā)光元件40)可以具有分離的準(zhǔn)直透鏡41(例如，第一透鏡42和第二透鏡44)，用于對(duì)發(fā)光元件37產(chǎn)生的光線進(jìn)行準(zhǔn)直。準(zhǔn)直透鏡41可以包括任何廣泛的透鏡形狀，并且可以用任何廣泛的材料制造，在熟悉這里提供的教導(dǎo)之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，這將變清楚。因此，不應(yīng)認(rèn)為準(zhǔn)直透鏡41限于用任何具體材料制造的任何具體類型的準(zhǔn)直透鏡41。但是，作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)準(zhǔn)直透鏡41包括用透明塑料材料(例如，丙烯酸塑料)制造的凸準(zhǔn)直透鏡。準(zhǔn)直透鏡41可以具有適當(dāng)?shù)陌惭b片(1ug)或凸起(tab)，并且可以通過任何方便的方式而被固定到印刷電路板68，例如，用適當(dāng)?shù)恼澈蟿?br> 如最好觀察的圖4所示，發(fā)光元件37(例如，第一和第二發(fā)光元件38和40)的交錯(cuò)布置、以及各自的準(zhǔn)直透鏡41(例如，第一和第二準(zhǔn)直透鏡42和44)的對(duì)應(yīng)的交錯(cuò)布置，有效地利用了印刷電路板68上的空間，并且相對(duì)于發(fā)光元件37和準(zhǔn)直透鏡41未交錯(cuò)布置的情形使得光源組件30的總長度49最小化。
圖6以最好觀察的方式示出了探測(cè)器組件32，其可以包括多個(gè)探測(cè)器元件51，例如，第一探測(cè)器元件52和第二探測(cè)器元件54。第一探測(cè)器元件52沿第一探測(cè)器元件軸56安置，而第二探測(cè)器元件54沿第二探測(cè)器元件軸58安置。第一和第二探測(cè)器元件軸56和58被沿位移路徑26方向分離開間隔距離60。在這里示出并描述的實(shí)施例中，分隔第一和第二探測(cè)器元件軸56和58的間隔距離60基本等于第一和第二發(fā)光元件軸46和48之間的間隔距離50(圖4)。另外，第一探測(cè)器元件52一般對(duì)準(zhǔn)碼帶12的第一軌道18，以使第一探測(cè)器元件52檢測(cè)出包括碼帶12的第一軌道18的標(biāo)記20。第二探測(cè)器元件54一般對(duì)準(zhǔn)碼帶12的第二軌道22，以使第二探測(cè)器元件52檢測(cè)出包括碼帶12的第二軌道22的標(biāo)記24。
應(yīng)當(dāng)注意，光學(xué)編碼器10不限于使用兩個(gè)探測(cè)器元件51，例如，第一探測(cè)器元件52和第二探測(cè)器元件54，而是可以包括任意數(shù)目的探測(cè)器元件51。例如，在圖6示出的實(shí)施例中，探測(cè)器組件32總共包括11個(gè)探測(cè)器元件51，沿第一探測(cè)器元件軸56布置的6個(gè)探測(cè)器元件和沿第二探測(cè)器元件軸58布置的5個(gè)探測(cè)器元件。使用11個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器元件51允許使用十軌道碼帶12，每個(gè)軌道17一個(gè)探測(cè)器元件51。剩余的一個(gè)(第11個(gè))探測(cè)器元件51用來測(cè)量光源組件30的光輸出的強(qiáng)度。如果光源組件30的強(qiáng)度太高或太低，可以使用補(bǔ)償系統(tǒng)(未示出)來調(diào)節(jié)提供給光源組件30的電功率，從而將光輸出維持在可接受的限度內(nèi)。十軌道碼帶12將提供210或1024個(gè)離散位置的分辨率。當(dāng)然，取決于具體應(yīng)用的需求，可以使用更多或更少數(shù)目的探測(cè)器元件51和碼帶軌道17。指示使用具有更多或更少數(shù)目的軌道17的碼帶的需求的示例包括但不限于期望的分辨率、以及期望被編碼的運(yùn)動(dòng)的范圍。
各個(gè)探測(cè)器元件51(例如，52和54)的交錯(cuò)間隔形成探測(cè)器組件32(即，第二探測(cè)器元件軸58位于沿位移路徑26距第一探測(cè)器元件軸56間隔距離60的位置這一事實(shí))意味著包括碼帶12的第二軌道22的標(biāo)記24應(yīng)當(dāng)移位或偏移基本相同的距離，即，間隔距離60。
探測(cè)器元件51(例如，第一探測(cè)器元件52和第二探測(cè)器元件54)可以包括任何廣泛的光學(xué)探測(cè)器件，無論其是本領(lǐng)域已知的、還是將來可以開發(fā)的適于或?qū)⑦m于預(yù)想應(yīng)用的光學(xué)探測(cè)器件。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為探測(cè)器元件51限于任何具體類型的探測(cè)器元件51。然而，作為示例，多個(gè)探測(cè)器元件51可以包括光敏晶體管。
各探測(cè)器元件51可以被安裝到任何廣泛的下述結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)適于以這里所述的方式將各探測(cè)器元件51保持在碼帶12的第二側(cè)16的適當(dāng)位置處，例如印刷電路板?？商鎿Q地，其他安裝布置也可以，在熟悉這里提供的教導(dǎo)之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，這將變清楚。作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，各探測(cè)器元件51被安裝到印刷電路板70。
光學(xué)編碼器10還可以具有孔徑平板62?？讖狡桨?2對(duì)在探測(cè)器組件32上使用的每個(gè)探測(cè)器元件軸(例如，第一探測(cè)器元件軸56和第二探測(cè)器元件軸58)至少限定一個(gè)孔徑。在這里示出并描述的實(shí)施例中，孔徑平板62限定至少第一孔徑64和第二孔徑66，第一孔徑64基本對(duì)準(zhǔn)第一探測(cè)器元件軸56上的第一探測(cè)器元件52，第二孔徑66基本對(duì)準(zhǔn)第二探測(cè)器元件軸58上的第二探測(cè)器元件54。還可以對(duì)可在探測(cè)器組件32上提供的每組探測(cè)器元件51提供另外的孔徑。一般來說，最好形成長狹縫狀的第一和第二孔徑64和66，以使雜散光到達(dá)探測(cè)器元件51的機(jī)會(huì)最小化。
取決于具體應(yīng)用，孔徑平板62還可以用來相對(duì)于未使用孔徑平板62的情形增加光學(xué)編碼系統(tǒng)的分辨率。例如，如果在碼帶12的軌道17上提供的各個(gè)標(biāo)記19之間的間隔小于對(duì)應(yīng)的探測(cè)器元件51的大小，則探測(cè)器元件51將不能分辯標(biāo)記19之間的間隔。即，探測(cè)器51將不能分離安置在與探測(cè)器元件51直接成直線的一組標(biāo)記。為了避免這種問題，孔徑平板62可以具有這樣的孔徑，其具有基本等于碼帶12上的標(biāo)記19的寬度的大小(即，寬度)。然后，該孔徑將防止來自其他標(biāo)記19的光線到達(dá)探測(cè)器元件51，從而允許探測(cè)器元件51只感知碼帶12的所期望的部分。換言之，探測(cè)器元件51將能夠探測(cè)碼帶12上的單個(gè)標(biāo)記19，盡管存在探測(cè)器元件51的大小(即，寬度)超過了碼帶12上的標(biāo)記19的大小(即，寬度)這一事實(shí)。
外殼34可配置為接納光源組件30、探測(cè)器組件32和孔徑平板62。參考圖2、7a、圖7b和圖8，外殼34可以包括探測(cè)器平板部分72和發(fā)射器平板部分74。探測(cè)器平板部分72配置為接納探測(cè)器組件32和孔徑平板62。發(fā)射器平板部分74配置為接納光源組件30。發(fā)射器平板部分74可緊固到探測(cè)器平板部分72，并且保持或定位光源組件30，以使其一般對(duì)準(zhǔn)探測(cè)器組件32。外殼34還定位光源組件30和探測(cè)器組件32，以限定其間的適于容納碼帶12的間隔36。
外殼34提供的組件間隔并不非常關(guān)鍵，取決于具體應(yīng)用，可以使用任何廣泛的間隔。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為外殼34限于在光學(xué)編碼器的各個(gè)組件之間提供任何具體間隔的外殼。但是，作為示例，在這里示出并描述的實(shí)施例中，限定在光源組件30和探測(cè)器組件32之間的間隔36約為6.25mm；碼帶12安置于距探測(cè)器組件32的印刷電路板70約1.9mm；并且孔徑平板62安置于距探測(cè)器組件32的印刷電路板70約1.23mm。參見圖3。
現(xiàn)在參考圖7a、圖7b和圖8，外殼34的探測(cè)器平板部分72可以包括多個(gè)在其上提供的支撐面76。支撐面76與碼帶12的對(duì)應(yīng)的第一和第二邊沿部分78、80配合。支撐平面76幫助使碼帶12定位于距探測(cè)器組件32和孔徑平板62最優(yōu)的距離，并且使碼帶12接觸光源組件30、探測(cè)器組件32或孔徑平板62的可能性最小化。
支撐面76可以包括任何廣泛的形狀和配置，在熟悉了這里提供的教導(dǎo)之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，這將變清楚。因此，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為支撐平面76限于具有任何具體形狀和配置的支撐平面76。但是，作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)支撐面76包括通常的半圓柱形表面。
包括外殼34的各個(gè)組件(例如，探測(cè)器平板部分72和發(fā)射器平板部分74)可以用適于預(yù)期應(yīng)用的任何廣泛的材料制造。作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器平板部分72和發(fā)射器平板部分74是用聚碳酸酯塑料材料鑄模成形的?？商鎿Q地，也可以使用其他材料。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)編碼器，包括碼帶，其具有第一側(cè)、第二側(cè)、在其上包括標(biāo)記的第一軌道和在其上包括標(biāo)記的第二軌道，所述碼帶可相對(duì)于所述光學(xué)編碼器沿位移路徑運(yùn)動(dòng)；光源，安置在所述碼帶的第一側(cè)，所述光源直接照射所述碼帶；第一探測(cè)器元件，安置在所述碼帶的第二側(cè)，以使所述第一探測(cè)器元件一般對(duì)準(zhǔn)所述碼帶的第一軌道，所述第一探測(cè)器元件檢測(cè)包括所述碼帶第一軌道的標(biāo)記；和第二探測(cè)器元件，安置在所述碼帶的第二側(cè)，以使所述第二探測(cè)器元件一般對(duì)準(zhǔn)所述碼帶的第二軌道，所述第二探測(cè)器元件位于沿所述位移路徑距所述第一探測(cè)器元件間隔距離的位置，所述第二探測(cè)器元件檢測(cè)包括所述碼帶第二軌道的標(biāo)記。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，還包括安置在所述第一和第二探測(cè)器元件和所述碼帶之間的孔徑平板，所述孔徑平板限定其中的第一孔徑和其中的第二孔徑，所述第一孔徑基本對(duì)準(zhǔn)所述第一探測(cè)器元件，所述第二孔徑基本對(duì)準(zhǔn)所述第二探測(cè)器元件。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中所述光源包括第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件，所述第一發(fā)光元件基本對(duì)準(zhǔn)所述第一探測(cè)器元件，所述第二發(fā)光元件基本對(duì)準(zhǔn)所述第二探測(cè)器元件。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)編碼器，還包括鄰近所述第一發(fā)光元件安置的第一準(zhǔn)直透鏡和鄰近所述第二發(fā)光元件安置的第二準(zhǔn)直透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，包括所述第二軌道的所述標(biāo)記相對(duì)于包括所述第一軌道的所述標(biāo)記沿所述位移路徑被移位約等于間隔距離的距離，所述間隔距離沿所述位移路徑將所述第二探測(cè)器元件和所述第一探測(cè)器元件分離開。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，包括所述第一軌道的所述標(biāo)記包括多個(gè)基本透明的部分和多個(gè)基本不透明的部分，并且包括所述第二軌道的所述標(biāo)記包括多個(gè)基本透明的部分和多個(gè)基本不透明的部分。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，還包括外殼，所述外殼適于接納處于一般平行、定間隔分離關(guān)系中的所述光源和所述第一和第二探測(cè)器元件，所述外殼限定支撐面，當(dāng)所述碼帶被安置在所述光源和所述第一和第二探測(cè)器元件之間限定的空間中時(shí)，所述支撐面與所述碼帶滑動(dòng)配合，在所述碼帶沿所述位移路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述支撐面維持在所述光源和所述第一和第二探測(cè)器元件之間限定的空間內(nèi)的所述碼帶的間隔對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)編碼器，其中所述支撐面包括第一支撐面和第二支撐面，所述第一支撐面大約安置在所述外殼的第一端，以使所述第一支撐面與所述碼帶的第一邊沿部分滑動(dòng)配合，所述第二支撐面大約安置在所述外殼的第二端，以使所述第二支撐面與所述碼帶的第二邊沿部分滑動(dòng)配合。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中所述第一和第二支撐面包括半圓柱形表面。
10.一種用于確定碼帶相對(duì)于光學(xué)編碼器的位置的光學(xué)編碼器，所述碼帶具有在其上提供的標(biāo)記，所述光學(xué)編碼器包括光源；探測(cè)器，以與所述光源定間隔分離的關(guān)系安置，來限定所述光源和所述探測(cè)器之間的空間，所述空間適于容納碼帶，并且允許所述碼帶相對(duì)于所述光學(xué)編碼器沿位移路徑運(yùn)動(dòng)；和孔徑平板，鄰近所述探測(cè)器安置，以使得當(dāng)所述碼帶被容納在所述光源和所述探測(cè)器之間限定的空間內(nèi)時(shí)所述孔徑平板在所述探測(cè)器和所述碼帶之間，所述孔徑平板限定其中的孔徑，所述孔徑基本對(duì)準(zhǔn)所述探測(cè)器，以使所述探測(cè)器檢測(cè)出所述碼帶上的標(biāo)記。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)編碼器，其中，所述光源包括多個(gè)發(fā)光元件和鄰近所述多個(gè)發(fā)光元件中的每個(gè)安置的準(zhǔn)直透鏡。
12.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)編碼器，還包括外殼，所述外殼適于接納處于一般平行、定間隔分離關(guān)系中的所述探測(cè)器和所述光源，所述外殼限定支撐面，當(dāng)所述碼帶被安置在所述探測(cè)器和所述光源之間限定的空間中時(shí)，所述支撐面與所述碼帶滑動(dòng)配合，在所述碼帶沿所述位移路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述支撐面維持在所述探測(cè)器和所述光源之間限定的空間內(nèi)的所述碼帶的間隔對(duì)準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)編碼器，其中，所述支撐面包括第一支撐面和第二支撐面，所述第一支撐面大約安置在所述外殼的第一端，以使所述第一支撐面與所述碼帶的第一側(cè)部分滑動(dòng)配合，所述第二支撐面大約安置在所述外殼的第二端，以使所述第二支撐面與所述碼帶的第二側(cè)部分滑動(dòng)配合。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)編碼器，其中所述第一和第二支撐面包括半圓柱形表面。
15.一種光學(xué)編碼器，包括碼帶，所述碼帶具有第一側(cè)、第二側(cè)、其上至少一個(gè)基本透明區(qū)域、以及其上至少一個(gè)基本不透明區(qū)域；光源，安置在所述碼帶的所述第一側(cè)，所述光源直接照射所述碼帶；探測(cè)器，安置在所述碼帶的所述第二側(cè)，所述探測(cè)器基本對(duì)準(zhǔn)所述光源；和孔徑平板，安置在所述探測(cè)器和所述碼帶的第二側(cè)之間，所述孔徑平板限定其中的狹縫孔徑，所述狹縫孔徑對(duì)準(zhǔn)所述探測(cè)器，以使穿過所述碼帶的至少一個(gè)基本透明區(qū)域的光線到達(dá)所述探測(cè)器。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)編碼器，其中所述光源包括多個(gè)發(fā)光元件。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)編碼器，還包括鄰近所述多個(gè)發(fā)光元件中的每一個(gè)安置的準(zhǔn)直透鏡。
18.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)編碼器，其中，所述碼帶包括第一軌道和第二軌道，所述碼帶相對(duì)于所述探測(cè)器沿位移路徑運(yùn)動(dòng)，所述探測(cè)器包括對(duì)準(zhǔn)所述第一軌道的第一探測(cè)器元件和對(duì)準(zhǔn)所述第二軌道的第二探測(cè)器元件，所述第二探測(cè)器元件位于沿所述位移路徑距所述第一探測(cè)器元件間隔距離的位置。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)編碼器，其中所述光源包括第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件，所述第一發(fā)光元件安置在所述碼帶的第一側(cè)，基本對(duì)準(zhǔn)所述第一探測(cè)器元件，所述第二發(fā)光元件安置在所述碼帶的第一側(cè)，基本對(duì)準(zhǔn)所述第二探測(cè)器元件。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)編碼器，還包括鄰近所述第一發(fā)光元件安置的第一準(zhǔn)直透鏡和鄰近所述第二發(fā)光元件安置的第二準(zhǔn)直透鏡。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)編碼器，其中所述探測(cè)器包括印刷電路板，并且所述第一探測(cè)器在第一探測(cè)器元件軸上被安裝到所述印刷電路板，所述第一探測(cè)器元件軸基本橫過所述位移路徑，并且所述第二探測(cè)器元件在第二探測(cè)器元件軸上被安裝到所述印刷電路板，所述第二探測(cè)器元件軸沿所述位移路徑從所述第一軸被分離開所述間隔距離。
22.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)編碼器，其中所述光源包括印刷電路板，并且所述第一發(fā)光元件在第一發(fā)光元件軸上被安裝到所述印刷電路板，所述第一發(fā)光元件軸基本橫過所述位移路徑，并且所述第二發(fā)光元件在第二發(fā)光元件軸上被安裝到所述印刷電路板，所述第二發(fā)光元件基本橫過所述位移路徑，所述第二發(fā)光元件軸沿所述位移路徑從所述第一發(fā)光元件軸被分離開所述間隔距離。
23.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)編碼器，還包括外殼，所述外殼適于接納處于一般平行、定間隔分離關(guān)系中的所述探測(cè)器和所述光源，所述外殼限定支撐面，當(dāng)所述碼帶被安置在所述探測(cè)器和所述光源之間限定的空間中時(shí)，所述支撐面與所述碼帶滑動(dòng)配合，在所述碼帶沿所述位移路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述支撐面維持在所述探測(cè)器和所述光源之間限定的空間內(nèi)的所述碼帶的間隔對(duì)準(zhǔn)。
24.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)編碼器，其中，所述支撐面包括第一支撐面和第二支撐面，所述第一支撐面大約安置在所述外殼的第一端，以使所述第一支撐面與所述碼帶的第一邊沿部分滑動(dòng)配合，所述第二支撐面大約安置在所述外殼的第二端，以使所述第二支撐面與所述碼帶的第二邊沿部分滑動(dòng)配合。
25.如權(quán)利要求24所述的光學(xué)編碼器，其中所述第一和第二支撐面包括半圓柱形表面。
26.一種用于確定碼帶相對(duì)于光學(xué)編碼器的位置的光學(xué)編碼器，所述碼帶具有基本透明和基本不透明的交替區(qū)域，所述光學(xué)編碼器包括光源；探測(cè)器，以與所述光源定間隔分離的關(guān)系安置，來限定所述光源和所述探測(cè)器之間的空間，所述空間的大小被設(shè)置為容納所述碼帶，并且允許所述碼帶相對(duì)于所述光學(xué)編碼器沿位移路徑運(yùn)動(dòng)，所述探測(cè)器具有這樣的檢測(cè)區(qū)域，所述檢測(cè)區(qū)域具有比所述碼帶上的基本透明區(qū)域的寬度寬的寬度；和孔徑平板，限定其上的孔徑，所述孔徑具有與所述碼帶上的基本透明區(qū)域的寬度基本相當(dāng)?shù)膶挾?，所述孔徑平板被安置得鄰近所述探測(cè)器，以使得當(dāng)所述碼帶被容納在所述光源和所述探測(cè)器之間限定的所述空間中時(shí)所述孔徑平板在所述探測(cè)器和所述碼帶之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)編碼器。該光學(xué)編碼器包括碼帶，其具有第一側(cè)、第二側(cè)、其上包括標(biāo)記的第一軌道和其上包括標(biāo)記的第二軌道。所述碼帶可相對(duì)于光學(xué)編碼器沿位移路徑運(yùn)動(dòng)。安置在碼帶的第一側(cè)的光源直接照射碼帶。第一探測(cè)器元件安置在碼帶的第二側(cè)的，并且一般對(duì)準(zhǔn)碼帶的第一軌道。第二探測(cè)器元件安置在碼帶的第二側(cè)，并且一般對(duì)準(zhǔn)碼帶的第二軌道。第二探測(cè)器元件也被如此安置，以使第二探測(cè)器元件位于沿位移路徑距第一探測(cè)器元件間隔距離的位置。
文檔編號(hào)G01D5/347GK1800788SQ20051010516
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者寧可傅, 李瑟寬, 譚添安, 王文飛, 葉維金, 陸徹富, 胡國興, 俊也畑口, 瑞恩迪普·辛格·A/L·阿瑪吉特·辛格 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司