專利名稱：高性能反射式光學編碼器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般地涉及光學編碼器。更具體地說，本發(fā)明涉及改進的光學編碼器，該編碼器具有比現(xiàn)有技術(shù)編碼器更高的對比度。
背景技術(shù)：
光學編碼器可以檢測運動，常用于向電動機控制系統(tǒng)提供閉環(huán)反饋。在結(jié)合碼尺一同工作時，光學編碼器對運動(碼尺的線性或旋轉(zhuǎn)運動)進行檢測并將檢測到的運動轉(zhuǎn)換成對碼尺的運動、位置或速度進行編碼的數(shù)字式信號。這里，術(shù)語“碼尺”包括碼盤和碼帶。
通常，通過光學發(fā)射器和光學檢測器來對碼尺的運動進行光學檢測。光學發(fā)射器發(fā)射光，所述光照射到碼尺上并從碼尺反射。通常的碼尺包括將光以已知圖案進行反射的規(guī)則的開槽和條帶圖案。光從碼尺反射或不從其反射。隨著碼尺的運動，與條帶和空白組成的圖案相對應的亮暗交替圖案到達光學檢測器。光學檢測器對這些圖案進行檢測并產(chǎn)生與檢測到的光對應的電信號，該電信號就具有了對應的圖案。包括了這些圖案在內(nèi)的電信號可以用來提供與碼尺的位置、速度和加速度有關(guān)的信息。
圖1A圖示了公知的光學編碼器100和碼尺120的剖視側(cè)面示意圖。圖1B是從光學編碼器100看去的碼尺120。為了更清楚起見，圖1A和圖1B中包括了坐標軸的圖例。
參考圖1A和圖1B，編碼器100包括安裝在襯底106(例如引線框106)上的光學發(fā)射器102和光學檢測器104。光學發(fā)射器102和光學編碼器104以及部分引線框106封裝在密封件108中，所述密封件包括例如透明的環(huán)氧樹脂。密封件108限定了光學發(fā)射器102上方的第一隆起形表面110(第一透鏡110)和光學檢測器104上方的第二隆起形表面112(第二透鏡112)。
光學發(fā)射器102發(fā)射光114，所述光114經(jīng)過第一透鏡110離開密封件108。第一透鏡110將所發(fā)射的光114朝向碼尺120會聚或定向，光從碼尺120反射離開。第二透鏡112將所反射的光朝向光學檢測器104會聚或定向。僅為舉例目的，光學檢測器104可以是將光轉(zhuǎn)換成電信號的光檢測器。
第一透鏡110和第二透鏡112的形狀和尺寸是由多種因素限定的，僅為舉例目的，這些因素例如碼尺102離開透鏡110和112的距離，以及發(fā)射器102和檢測器104的特性。
通常，透鏡110和112之間的空間118填充有與密封件108相同的材料并具有平的表面117。平表面117提供了這樣的表面雜散光(例如來自發(fā)射器102的雜散光119)在該表面發(fā)生反射從而作為被反射的雜散光121照射到檢測器102上。這樣的雜散光119是不期望的，因為到達檢測器102的雜散光會引入錯誤的信號，降低了對期望信號進行分析的分辨率。
因此就需要改進的光學編碼器，該光學編碼器可以減輕或克服這些缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以滿足上述需要。在本發(fā)明的一種示例性實施例中，一種光學編碼器包括發(fā)射器、第一透鏡、檢測器、第二透鏡和突起物。發(fā)射器發(fā)射光，所述光由第一透鏡導向碼尺以進行反射。所反射的光由第二透鏡導向檢測器。檢測器對從碼尺反射的光進行檢測。突起物位于第一透鏡與第二透鏡之間。突起物限定了至少一個表面，所述表面使來自發(fā)射器的雜散光反射到檢測器之外。因此，雜散光不會到達檢測器，從而可以使檢測器更有效地工作。
突起物可以形成為許多不同形狀。例如，突起物可以具有截錐體形裝，包括但不限于截圓錐性?；蛘?，僅僅作為另外的示例，突起物可以具有棱錐形或大體上半球形。突起物將第一透鏡與第二透鏡相連。事實上，突起物和兩個透鏡可以由相同的密封件材料制成。密封件材料被形成為包括對第一透鏡、第二透鏡、突起或它們的任意組合進行限定的表面。此外，密封件材料可以密封發(fā)射器和/或檢測器，并使第一透鏡接近發(fā)射器，第二透鏡接近檢測器。
根據(jù)下面的詳細說明并結(jié)合附圖可以了解本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點，附圖通過示例而圖示了本發(fā)明的原理。


圖1A圖示了一種公知光學編碼器和碼尺的剖視側(cè)面示意圖；圖1B是從圖1A的光學編碼器看去，圖1A的碼尺；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施例的光學編碼器；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施例的光學編碼器；圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明再一種實施例的光學編碼器；圖5包括曲線圖，該曲線圖包括將本發(fā)明的光學編碼器與現(xiàn)有技術(shù)光學編碼器的工作特性進行比較說明所用的曲線。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明進行說明，附圖中圖示了本發(fā)明的多種實施例。在附圖中，為了圖示目的，某些結(jié)構(gòu)或部分的尺寸可能被相對于其他結(jié)構(gòu)或部分的尺寸夸大了，因此它們是為了圖示本發(fā)明的大體結(jié)構(gòu)而給出的。此外，本發(fā)明的多個方向被描述為相對于其他結(jié)構(gòu)和/或部分位于“上面”或“上方”。這里，表示相對關(guān)系的術(shù)語和稱謂(例如“上面”或“上方”)是用來描述如附圖中所示的一個結(jié)構(gòu)或部分相對于另一結(jié)構(gòu)或部分的關(guān)系。應當明白，這種表示相對關(guān)系的術(shù)語意在也涵蓋了除圖中所示方向關(guān)系外的其他器件方向關(guān)系。
例如，如果圖中的器件被翻轉(zhuǎn)和/或旋轉(zhuǎn)，則被稱為在其他結(jié)構(gòu)或部分“上面”或“上方”的結(jié)構(gòu)或部分就應當是在所述其他結(jié)構(gòu)或部分的“下面”、“下方”、“左面”、“右面”、“前面”或“后面”。對形成于另一結(jié)構(gòu)或部分“上面”或“上方”的結(jié)構(gòu)或部分的稱謂也考慮到了可以有另外的結(jié)構(gòu)或部分插入。這里把對形成于另一結(jié)構(gòu)或部分上面或上方、并且沒有插入結(jié)構(gòu)或部分的這種結(jié)構(gòu)或部分描述為形成于所述另一結(jié)構(gòu)或另一部分的“直接上面”或“直接上方”。在整篇文檔中，相同的標號表示相同的元件。
參考圖2，圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施例的光學編碼器200的剖視側(cè)面示意圖。光學編碼器200包括可操作以發(fā)射光的發(fā)射器102。所發(fā)射的光由第一透鏡110導向為朝向碼尺120以便反射。所反射的光由第二透鏡112導向為朝向檢測器104。檢測器104用于檢測受到第二透鏡112導向的反射光。發(fā)射器102和檢測器104可以安裝在襯底106(例如引線框106)上。
光學發(fā)射器102密封在密封件材料(包括例如透明環(huán)氧樹脂)108中。密封件108包括隆起形表面110，該表面110限定了第一透鏡110。第一透鏡110接近發(fā)射器。圖示的示例性實施例中使用了相同的密封件材料108來密封檢測104并形成隆起形表面112，該表面112限定了第二透鏡112。第二透鏡112接近檢測器。
圖示的示例性實施例中用相同的密封件材料108來形成突起物202。突起物202位于第一透鏡110與第二透鏡112之間。事實上，突起物202將第一透鏡110與第二透鏡112相連。突起物202限定了突起物表面203，該表面203對雜散光119進行折射，使得經(jīng)折射的雜散光205不會到達檢測器104。因此，防止了雜散光119到達檢測器104。
另外，圖2以剖視側(cè)面圖的形式圖示了光學編碼器200。如圖2所示，在三個方向上，突起物202是截錐體形——截棱錐形或截圓錐形。
圖3將本發(fā)明的光學編碼器另一種實施例的剖視側(cè)面示為光學編碼器300。參考圖3，光學編碼器300的各部分與圖2中光學編碼器200的相應部分相似。光學編碼器300包括棱錐形突起物302，所述棱錐形具有以角度307現(xiàn)的表面303，所述角度307與圖2中光學編碼器200的突起物202的表面203的角度207不同。采用光學編碼器300可以獲得類似的期望效果。即，突起物302及其表面303對雜散光119進行折射，使得經(jīng)折射的雜散光305不會到達檢測器104。因此，防止了雜散光119到達檢測器104。
圖4將本發(fā)明的光學編碼器再一種實施例的剖視側(cè)面示為光學編碼器400。參考圖4，光學編碼器400的各部分與圖2中光學編碼器200的相應部分相似。光學編碼器400包括大致半球形的突起物402，所述半球形呈現(xiàn)出曲面403。采用光學編碼器400可以獲得類似的期望效果。即，突起物402及其表面403對雜散光119進行折射，使得經(jīng)折射的雜散光405不會到達檢測器104。因此，防止了雜散光119到達檢測器104。
參考圖2、圖3和圖4，每個突起物202、302和402將第一透鏡110與第二透鏡112相連。事實上，突起物202、302和402是用與第一透鏡110和第二透鏡112相同的密封件材料108制成的。
圖5圖示了兩條曲線500和502。第一曲線500示出了使用圖1的現(xiàn)有技術(shù)光學編碼器100時，在不同分辨率情況下測得的圖像對比度。測得的圖像對比度以百分比形式表示；分辨率以每英寸的線數(shù)為單位進行測量。如第一曲線500所示，測得的對比度在每英寸100線時略高于40％，并在更高分辨率情況下降低。在每英寸250線的分辨率下，測得的對比度僅有約20％。
第二曲線502示出了使用圖2的光學編碼器200時，在不同分辨率情況下測得的圖像對比度。如第二曲線502所示，測得的對比度在每英寸100線時很容易超過90％。即使在更高的分辨率下，對于光學編碼器200測得的對比度也比圖1的光學編碼器100測得的對比度高得多。在每英寸250線的分辨率下，對于光學編碼器200測得的對比度接近50％。這種對比度提高是通過防止雜散光到達檢測器104來實現(xiàn)的。
根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明顯然是新穎的并提供了超過現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點。盡管上文中已經(jīng)說明并圖示了本發(fā)明的具體實施例，但是本發(fā)明不限于所描述和圖示的具體零件形式和布置。例如，可以使用不同的結(jié)構(gòu)、尺寸或材料，但仍落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明僅由權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種光學編碼器，包括發(fā)射器，其可操作以發(fā)射光；靠近所述發(fā)射器的第一透鏡，所述第一透鏡適于將所述發(fā)射的光導向碼尺以進行反射；檢測器，適于對從所述碼尺反射的光進行檢測；靠近所述檢測器的第二透鏡，所述第二透鏡適于將所述反射的光導向所述檢測器；以及所述第一透鏡與所述第二透鏡之間的突起物，所述突起物限定了至少一個表面，所述表面適于使來自所述發(fā)射器的雜散光折射遠離所述檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，所述突起物具有截錐形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學編碼器，其中，所述突起物具有截圓錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，所述突起物具有棱錐形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，所述突起物具有半球形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡由所述突起物連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述突起物包括相同的密封件材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學編碼器，其中，密封件材料將所述發(fā)射器密封并包括限定了所述第一透鏡的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學編碼器，其中，所述相同的密封件材料用于密封所述檢測器，密封了所述檢測器的所述密封件材料包括限定了所述第二透鏡的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學編碼器，其中，用所述相同的密封件材料來形成所述突起物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學編碼器，包括發(fā)射器、第一透鏡、檢測器、第二透鏡和突起物。發(fā)射器發(fā)射光，所述光由第一透鏡導向碼尺以進行反射。所反射的光由第二透鏡導向檢測器。檢測器對從碼尺反射的光進行檢測。突起物位于第一透鏡與第二透鏡之間。突起物限定了至少一個表面，所述表面使來自發(fā)射器的雜散光反射到檢測器之外。因此，雜散光不會到達檢測器，從而可以使檢測器更有效地工作。
文檔編號G01D5/347GK101059356SQ20071009810
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者王文飛, 陳日隆, 傅相隆 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司