專利名稱：具有各種發(fā)射器檢測器結(jié)構(gòu)的反射編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光學(xué)編碼器。具體而言，本發(fā)明涉及采用各種定向的光學(xué)編碼
o
背景技術(shù)：
光學(xué)編碼器檢測運動并通常為電動機控制系統(tǒng)提供閉環(huán)反饋。當與碼尺(code scale) 一同使用時，光學(xué)編碼器檢測運動(碼尺的直線或旋轉(zhuǎn)運動)，將所檢測的運動轉(zhuǎn)換 為將碼尺的運動、位置、或速度編碼的數(shù)字信號。這里，術(shù)語“碼尺”包括碼盤及碼帶。通常，碼尺的運動通過光學(xué)發(fā)射器及光學(xué)檢測器來光學(xué)地檢測。光學(xué)發(fā)射器發(fā)射 光，光照射在碼尺上并從碼尺反射。反射光由光學(xué)檢測器檢測。典型的碼尺包括由槽和條 組成的規(guī)則圖案，該圖案將光以已知圖案反射。圖1A至圖1C示出了已知光學(xué)編碼器100及碼尺120。圖1A是光學(xué)編碼器100及 碼尺120的剖面?zhèn)纫晥D。圖1B是從光學(xué)編碼器100觀察的碼尺120。圖1C是光學(xué)編碼器 100的俯視圖。為了更加清楚，圖1A至圖1C包括方向軸的標記。參考圖1A至圖1C，編碼器100包括安裝在襯底106 (例如引線框106)上的光學(xué) 發(fā)射器102及光學(xué)檢測器104。光學(xué)發(fā)射器102、光學(xué)檢測器104以及部分引線框106被封 裝在例如包含透明環(huán)氧樹脂的密封體108中。密封體108界定了光學(xué)發(fā)射器102上方的第 一穹頂表面110 (第一透鏡110)以及光學(xué)檢測器104上方的第二穹頂表面112 (第二透鏡 112)。光學(xué)發(fā)射器102發(fā)射光，光經(jīng)由第一透鏡110離開密封體108。第一透鏡110將 光集中或以其他方式導(dǎo)向碼尺120，然后光從碼尺120反射離開。反射光經(jīng)由第二透鏡112 到達光學(xué)檢測器104。第二透鏡112將反射光集中或以其他方式導(dǎo)向光學(xué)檢測器104。僅 為示例目的，光學(xué)檢測器104可以是將光轉(zhuǎn)換為電信號的光電檢測器。在示出的示例中，光學(xué)發(fā)射器102是縫式光發(fā)射器，所述縫沿著Y軸。如示出的， 光學(xué)檢測器104沿Y軸布置。此外，碼尺120的槽及條沿Y軸延伸。因此，光學(xué)編碼器100 與碼尺120彼此相對定向和定位，以檢測碼尺120在X軸方向上的運動。該設(shè)計存在若干缺陷。例如，光學(xué)編碼器100對錯位(misalignment)較敏感。即 使縫發(fā)射器102的微小錯位也會導(dǎo)致對比度劣化，從而導(dǎo)致光學(xué)編碼器100的性能劣化。此 外，光學(xué)編碼器100僅在一個方向(例如，在示出的示例中沿X軸方向)上檢測運動，由此 限制了編碼器封裝的定向靈活性。此外，現(xiàn)有的光學(xué)編碼器在發(fā)射器的一側(cè)上只有數(shù)量受 限(通常最多為兩條)的數(shù)據(jù)通道。因此，需要消除或克服這些缺點的改進的光學(xué)編碼器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實現(xiàn)了上述需求。在本發(fā)明的第一實施例中，光學(xué)編碼器包括發(fā)射器及檢 測器。發(fā)射器適于以圓形圖案發(fā)射光，其中所述發(fā)射器可操作以向用于反光的碼尺提供光。 檢測器適于檢測從所述碼尺反射的光。在本發(fā)明的第二實施例中，光學(xué)編碼器包括發(fā)射器、檢測器、以及密封體。發(fā)射器 適于發(fā)射光，所述發(fā)射光被導(dǎo)向用于反光的碼尺。檢測器適于檢測從所述碼尺反射的光。密 封體封裝所述發(fā)射器及所述檢測器，所述密封體在所述發(fā)射器及所述檢測器上方形成單穹 頂。在本發(fā)明的第三實施例中，光學(xué)編碼器包括發(fā)射器、檢測器、以及所述發(fā)射器與所 述檢測器之間的擋板。發(fā)射器適于發(fā)射光，所述發(fā)射光被導(dǎo)向用于反光的碼尺。檢測器適 于檢測從所述碼尺反射的光。所述發(fā)射器與所述檢測器之間的擋板防止來自所述發(fā)射器的 雜散光到達所述檢測器。在本發(fā)明的第四實施例中，光學(xué)編碼器包括發(fā)射器、檢測器、以及索引檢測器。發(fā) 射器適于發(fā)射光，所述發(fā)射光被導(dǎo)向碼尺。檢測器適于檢測從所述碼尺反射的光。所述檢 測器提供兩條數(shù)據(jù)通道。索引檢測器提供索引通道。通過結(jié)合示例性示出本發(fā)明原理的附圖，參考以下詳細描述，本發(fā)明的其他方面 以及優(yōu)點將變的更加清楚。


圖1A及圖1C示出了現(xiàn)有光學(xué)編碼器及示例碼尺的不同視圖；圖1B示出了從圖1A及圖1C的光學(xué)編碼器觀察的圖1A的示例碼尺；圖2A及圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)編碼器封裝的不同視圖；圖2C示出了從圖2A及圖2B的光學(xué)編碼器封裝觀察的示例碼尺。圖3A及圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光學(xué)編碼器的不同視圖；圖4A及圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光學(xué)編碼器的不同視圖；圖4C示出了從圖4A及圖4B的光學(xué)編碼器封裝觀察的示例碼尺。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光學(xué)編碼器。
具體實施例方式下面將參考示出了本發(fā)明各種實施例的附圖對本發(fā)明進行描述。在附圖中，為了 說明的目的，一些結(jié)構(gòu)或部分的某些尺寸被夸大示出而不與其他結(jié)構(gòu)或部分的尺寸成比 例，因此僅用來示出本發(fā)明的大體結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的各個方面將結(jié)構(gòu)或部分描述為布置 在相對于其他結(jié)構(gòu)、部分或結(jié)構(gòu)和部分“之上”或“上方”。這里所使用的諸如“之上”或“上 方”等相對術(shù)語及短語用于描述附圖中示出的一個結(jié)構(gòu)或部分相對于其他結(jié)構(gòu)或部分的關(guān) 系。應(yīng)當理解，除了附圖中示出的定向，這些相對術(shù)語還意在涵蓋裝置的其他不同定向。例如，如果附圖中的裝置被倒置、旋轉(zhuǎn)、或既被倒置又被旋轉(zhuǎn)，則被描述為在其他 結(jié)構(gòu)或部分“之上”或“上方”的結(jié)構(gòu)或部分現(xiàn)在將定向為在其他結(jié)構(gòu)或部分“之下”、“下 方”、“左側(cè)”、“右側(cè)”、“前方”或“后方”。將結(jié)構(gòu)或部分描述為形成在其他結(jié)構(gòu)或部分“之 上”或“上方”也包括可能有另外的結(jié)構(gòu)或部分介于其間。在這里，會將形成在其他結(jié)構(gòu)或部分之上或上方、其間沒有結(jié)構(gòu)或部分介入的結(jié)構(gòu)或部分描述為“直接形成”在其他結(jié)構(gòu)或 其他部分之上或上方。在整篇說明書中，相同的參考標號表示相同的元件。對稱發(fā)射器再參考圖1A，光學(xué)發(fā)射器102是以細長橢圓形或縫形來發(fā)射光的縫式發(fā)射器。在 該設(shè)計中，光學(xué)編碼器100的性能對發(fā)射器相對于碼尺120的微小錯位誤差非常敏感。為 了降低錯位敏感性，可以利用圖2A及圖2B所示的具有對稱輻射圖案的發(fā)射器。圖2B是光 學(xué)編碼器200的俯視圖。圖2A是沿圖2B中的線2A-2A所取的光學(xué)編碼器200的剖面?zhèn)纫?圖。圖2A及圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)編碼器封裝200。參考圖2A及圖2C，光學(xué)編碼器200包括適于以俯視觀察時對稱的(例如，圓形) 圖案提供光的對稱發(fā)射器202 (例如，LED (發(fā)光二極管))。對稱發(fā)射器202發(fā)射均勻、對稱 的光，所述光從諸如碼尺230的碼尺反射離開。因為發(fā)射光的均勻性及對稱性，相較于圖1A 及圖1C的現(xiàn)行編碼器100對錯位的敏感性，光學(xué)編碼器200對光學(xué)編碼器200與碼尺230 之間的錯位敏感性較低。光學(xué)編碼器200可操作以從對稱發(fā)射器202向碼尺230提供光。碼尺230包括沿 第一方向(沿示出的示例性實施例中的Y軸)的槽及條。因此，碼尺230反射來自對稱發(fā) 射器202的光。反射光由檢測器214檢測并被轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號將被譯成表示碼尺 230的位置或運動的信息。對稱發(fā)射器202及檢測器214裝配在襯底204(例如，引線框204)上。對稱發(fā)射 器202、檢測器214以及部分襯底204(例如，引線框204)被封裝在例如包含透明環(huán)氧樹脂 的密封體218中。這里，密封體218界定了雙穹頂表面，該雙穹頂表面包括對稱發(fā)射器202 上方的第一穹頂形表面220 (第一透鏡220)以及光學(xué)檢測器214上方的第二穹頂形表面 222 (第二透鏡 222)。對稱發(fā)射器202發(fā)射光，光經(jīng)由第一透鏡220離開密封體218。第一透鏡220將光 集中、準直、或以其他方式導(dǎo)向碼尺230，然后光從碼尺230反射離開。反射光經(jīng)由第二透 鏡222到達光學(xué)檢測器214。第二透鏡222將反射光集中、準直、或以其他方式導(dǎo)向光學(xué)檢 測器214。在示出的示例中，碼尺230的槽及條沿Y軸延伸。因此，光學(xué)編碼器200及碼尺 230定向在對碼尺230沿X軸方向的運動進行檢測的方向。光學(xué)編碼器200的另一個方面是設(shè)置在光學(xué)發(fā)射器202與光學(xué)檢測器214之間的 擋板208或光學(xué)屏障208。擋板208防止雜散光到達光學(xué)檢測器214。擋板208可以附涂有 黑色吸收材料，其吸收一部分不希望的光輻射以降低不希望的光輻射所導(dǎo)致的噪聲。僅為 示例目的，擋板208可包含或附涂有虛設(shè)的(dummy)黑色電子元件、陽極化金屬、單獨的黑 色塑料件、黑色吸收性環(huán)氧樹脂、黑色聚合物、充碳聚合物、黑色樹脂、黑色墨斑、環(huán)氧涂層、 激光灼燒表面及其他類似的能夠吸收光輻射的材料類型。擋板208可以制成具有任何適當 的形狀，例如矩形或梯形。單穹頂本發(fā)明的另一方面在圖3A及圖3B中示出。圖3B是光學(xué)編碼器300的俯視圖。圖 3A是沿圖3B中的線3A-3A所取的光學(xué)編碼器300的剖面?zhèn)纫晥D。光學(xué)編碼器300的某些 部分類似于圖2A及圖2B中光學(xué)編碼器200的相應(yīng)部分。為方便起見，光學(xué)編碼器300類 似于圖2A及圖2B中光學(xué)編碼器200的相應(yīng)部分的部分以相同的參考標號表示。
參考圖3A及3B，光學(xué)編碼器300包括位于襯底引線框204之上的發(fā)射器202及檢 測器214。密封體302封裝發(fā)射器202、檢測器214以及部分引線框204。這里，密封體302 形成了覆蓋發(fā)射器202及檢測器214兩者的單穹頂304。在某些應(yīng)用中，為了使所需空間較 小、制造復(fù)雜度較低或同時滿足這兩者，更希望是單穹頂結(jié)構(gòu)而非雙穹頂結(jié)構(gòu)。多通道編碼器再參考圖1A及圖1C，光學(xué)編碼器100通常包括具有一條或至多兩條通道的單光學(xué) 檢測器104。對于要求額外通道的應(yīng)用，需要使用兩個現(xiàn)有光學(xué)編碼器100。為了克服該問 題，圖4A及4B示出了包括光學(xué)發(fā)射器202及兩個光學(xué)檢測器的光學(xué)編碼器400。圖4B是 光學(xué)編碼器400的俯視圖。圖4A是沿圖4B中的線4A-4A所取的光學(xué)編碼器400的剖面?zhèn)?視圖。光學(xué)編碼器400的某些部分類似于圖2A及圖2B中光學(xué)編碼器200的相應(yīng)部分以 及圖3A及圖3B中光學(xué)編碼器300的相應(yīng)部分。為方便起見，光學(xué)編碼器400類似于圖2A 及圖2B中光學(xué)編碼器200的相應(yīng)部分、類似于圖3A及圖3B中光學(xué)編碼器300的相應(yīng)部分 或與二者都類似的部分以相同的參考標號表示。參考圖4A及4B，光學(xué)編碼器400包括發(fā)射器202及檢測器401。檢測器401可包 括多達兩個通道。設(shè)置檢測器401以與圖4C中的碼尺411 一同工作。在示出的實施例中， 檢測器401沿X軸布置，即各個單獨光電二極管的長度方向，與沿Y軸的那種定向方式正交 (如圖4C所示)。這樣定向是為了可以圖示本發(fā)明的替換實施例。光學(xué)編碼器400還包括另一檢測器402，該檢測器402具有另一第三通道。在示 出的實施例中，第二檢測器402是索引檢測器(indexdetector)402，并可被設(shè)置為與示于 圖4C中的另一碼尺412 —同工作。索引碼尺412被設(shè)置為與索引檢測器402 —同工作并 且可具有不同于碼尺411的(槽及條的)分辨率。在示出的實施例中，光學(xué)編碼器400具 有三條數(shù)據(jù)通道，其中兩條來自第一檢測器401而索引通道來自索引檢測器402。此外，在 示出的實施例中，光學(xué)編碼器400是單穹頂結(jié)構(gòu)。組合在本發(fā)明的其他實施例中，可以對本發(fā)明的各種技術(shù)及方面進行結(jié)合。例如，圓形 發(fā)射器202 (圖2A及圖2B)、擋板208 (圖2A及圖2B)、雙穹頂220及222結(jié)構(gòu)(圖2A及圖 2B)、單穹頂304結(jié)構(gòu)(圖3A及圖3B)、多檢測器/通道401及402結(jié)構(gòu)(圖4A及圖4B)在 本發(fā)明的范圍內(nèi)可以任意組合方式來組合。圖5在光學(xué)編碼器500中示出了組合實施例的一種。參考圖5，光學(xué)編碼器包括密 封體502，密封體502以雙穹頂結(jié)構(gòu)形成第一穹頂504及第二穹頂506。這里，第一穹頂部 分封裝光學(xué)發(fā)射器508及檢測器510，而第二穹頂部分封裝第二索引檢測器512。這里作為 示例，光學(xué)發(fā)射器508是圓形發(fā)射器。光學(xué)發(fā)射器508可以是縫發(fā)射器，其沿X軸方向，即 各個光電二極管的縱長方向布置。從圖5、上述附圖以及描述中可知，發(fā)射器508以及檢測 器510及512相對于兩個穹頂504及506的位置可以被重新布置以實現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)?；蛘?， 發(fā)射器508以及檢測器510及512或其任意組合可被布置在具有單個穹頂?shù)拿芊怏w中。結(jié)論從以上可知，本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)具有新穎性并顯示出了優(yōu)點。盡管在以上對 本發(fā)明的具體實施例進行了描述及說明，但本發(fā)明并不限于所描述及圖示的部件的具體形式或設(shè)置。例如，可采用不同的結(jié)構(gòu)、尺寸或材料，但依然落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明由 所附權(quán)利要求界定。
權(quán)利要求
一種光學(xué)編碼器，包括發(fā)射器，其適于發(fā)射光，所發(fā)射的光被導(dǎo)向碼尺以及索引碼尺以發(fā)生反射；檢測器，其適于檢測從所述碼尺反射的光；索引檢測器，其適于檢測從所述索引碼尺反射的光；以及密封體，其封裝所述發(fā)射器、所述檢測器以及所述索引檢測器，所述密封體形成雙穹頂表面，其中，一個穹頂表面在所述發(fā)射器及所述檢測器上方，另一個穹頂表面在所述索引檢測器上方，其中，所述發(fā)射器位于所述檢測器與所述索引檢測器之間，其中，所述檢測器和所述索引檢測器包括多個細長形光電二極管，每個細長形光電二極管具有與其縱長方向平行的第一軸線，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線彼此平行。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，所述檢測器和所述索引檢測器與公共軸線 相交，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線平行于所述公共軸線。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，所述檢測器和所述索引檢測器與公共軸線 相交，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線垂直于所述公共軸線。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，所述發(fā)射器、所述檢測器和所述索引檢測器 與公共軸線相交。
5.一種光學(xué)編碼器，包括發(fā)射器，其適于發(fā)射光，所發(fā)射的光被導(dǎo)向碼尺以及索引碼尺；檢測器，其適于檢測從所述碼尺反射的光，所述檢測器提供兩條數(shù)據(jù)通道；以及索引檢測器，其提供索引通道并適于檢測從所述索引碼尺反射的光，其中，所述光學(xué)編碼器包括形成單穹頂表面的密封體，所述檢測器與所述索引檢測器 位于所述單穹頂表面的相反兩側(cè)的下方，所述發(fā)射器位于所述單穹頂表面下方并位于所述 檢測器與所述索引檢測器之間，其中，所述檢測器和所述索引檢測器包括多個細長形光電二極管，每個細長形光電二 極管具有與其縱長方向平行的第一軸線，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線彼 此平行。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)編碼器，其中，所述檢測器和所述索引檢測器與公共軸線 相交，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線平行于所述公共軸線。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)編碼器，其中，所述檢測器和所述索引檢測器與公共軸線 相交，所述檢測器和所述索引檢測器的所述第一軸線垂直于所述公共軸線。
8.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)編碼器，其中，所述發(fā)射器、所述檢測器和所述索引檢測器 與公共軸線相交。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有各種發(fā)射器檢測器結(jié)構(gòu)的反射編碼器。一種光學(xué)編碼器包括發(fā)射器，其適于發(fā)射光，所發(fā)射的光被導(dǎo)向碼尺以及索引碼尺以發(fā)生反射；檢測器，其適于檢測從碼尺反射的光；索引檢測器，其適于檢測從索引碼尺反射的光；密封體，其封裝發(fā)射器、檢測器以及索引檢測器，所述密封體形成雙穹頂表面，其中，一個穹頂表面在發(fā)射器及檢測器上方，另一個穹頂表面在索引檢測器上方，其中，發(fā)射器位于檢測器與索引檢測器之間，檢測器和索引檢測器包括多個細長形光電二極管，每個細長形光電二極管具有與其細長尺度方向平行的第一軸線，檢測器和索引檢測器的第一軸線彼此平行。
文檔編號G01D5/347GK101852625SQ201010154210
公開日2010年10月6日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者傅相隆, 葉維金, 塞弗·巴哈里·賓·賽丹, 王文飛, 譚城萬, 陳日隆 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司