反射成像編碼裝置的製作方法
2023-09-24 12:01:25 3
專利名稱：反射成像編碼裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學編碼裝置技術領域，更具體地說，屬於反射光學編碼裝置技術領域。
背景技術：
光學編碼裝置在比如轉軸編碼器的各種應用中使用，在轉軸編碼器中對對象的位置或運動進行檢測。在反射編碼裝置中，來自發射器(通常是發光二極體)的光被引導至編碼器，所述編碼器比如為檢測旋轉運動的碼盤，或檢測線性運動的碼帶(code strip)。在編碼器反射區域上的鏡面反射有選擇性地將來自發射器的光反射到檢測器。
發射器光束準直度低、由編碼器的缺陷所導致的漫射和散射光、由圍繞檢測器的包封導致的失真以及其它因素都限制了這樣的編碼裝置的性能及其解析度。
發明內容
一種反射成像編碼裝置包括可以是一個或多個發光二極體的發射器，比如反射來自發射器的部分光的碼盤或碼帶的漫反射編碼器，在檢測器上形成倒像的成像透鏡。發射器和檢測器可以是共面的或被安裝在同一個襯底上。可以包括位於成像透鏡任一側的開口，可以使用擋板來將到達檢測器的雜散光最小化。成像透鏡可以與檢測器分離，或可以結合到檢測器的包封中。
針對本發明示例性的實施例對其進行說明，參考如下附圖圖1示出了根據現有技術的反射編碼裝置；
圖2示出了根據本發明的反射成像編碼裝置；圖3a、3b和3c示出了本發明所使用的發射器的實施例；圖4a和4b示出了本發明所使用的發射器配置的實施例；圖5a和5b示出了本發明所使用的開口和檢測器配置的實施例；圖6示出了本發明反射成像編碼裝置的第二個實施例。
具體實施例方式
圖1示出了根據現有技術的反射編碼裝置。發射器100產生照射到編碼器120的光線110。反射光130到達檢測器140上。發射器100和檢測器140被安裝在襯底150上，並且可以被包封160。隨著編碼器120移動，反射光130出現變化，該變化由檢測器140檢測到。如本領域所公知的那樣，發射器100通常是發光二極體(LED)。發射器100的工作波長通常根據具體應用而定，取決於諸如編碼器120和檢測器140的特性之類的考慮因素。編碼器120優選是漫射特性的，並且能夠選擇性地反射所發射的光線110，產生反射光130。編碼器120通常是用於檢測旋轉運動的碼盤或用於檢測線性運動的碼帶。編碼器120包括交替的反射和非反射元件。檢測器140通常是光電二極體或CMOS成像傳感器陣列。
圖2示出了根據本發明的反射成像編碼裝置的實施例。發射器101產生照射編碼器120的光線110。來自編碼器120的反射光130然後穿過成像透鏡135，在檢測器140上成像。如圖2所示，成像透鏡135將來自編碼器120的反射光130反射到檢測器140。當圖2中編碼器120從右向左移動時，所以照射到檢測器140上的反射光130的圖案從左到右移動。發射器101優選地是一個或多個發光二極體(LED)，形式為裸露的LED管芯或經包封的裝置，以相對於由於編碼器的漫反射所導致的損耗提高光的強度。
圖3a和3b示出了本發明所使用的發射器的實施例。如圖1和圖2所示，編碼器120通常被安裝在發射器101和檢測器140之間的光路的中間位置。在這樣的布置中，發射器101傾斜地產生其大部分的光照是有利的。圖3a示出了被包封的發射器102的實施例，該實施例就實現了這個效果。通常，被包封的LED中的發光二極體管芯被安裝在封裝的光軸上，以將從管芯發射的光沿法線聚焦至LED封裝。如圖3a所示，發光二極體管芯100被安裝得偏離包封160的光軸。這以偏離法線的角度產生光線110。圖3b示出了一個其它的實施例103，其中發光二極體管芯100被安裝在反射罩155內，該反射罩將從管芯100邊緣發射的入射光向上反射以使通量提取(flux extraction)最大化。同樣，所發射的光線110以偏離法線的角度產生。圖3c示出了另一個其它的實施例104，其中，通過使用與發射器實施例102和103相比不同的組裝工藝，將經封裝的LED安裝在襯底150上作為一個單獨的部件。優選以偏離法線的角度產生從經封裝的LED 165發射的光線110。
圖4a和4b示出了產生離軸照射形式的發射器的其它實施例。在圖4a中，來自發射器101的光線105被光學元件115改變，光學元件115可以是楔塊或透鏡。在圖4b中，來自發射器101的光線105被反射元件115改變。該反射元件可以是平面鏡，或者可以是曲面的，比如拋物面或雙曲面的鏡面。
圖5a和5b示出了用來減少到達檢測器140的雜散光的開口。在圖5a中，開口138限制了光進入或離開成像透鏡135。開口可以在編碼器120和成像透鏡135之間，或在成像透鏡135和檢測器140之間，或在兩個位置都有。圖5a還示出了成像透鏡135使得圖像倒轉。編碼器120上的點P122由成像透鏡135成像為檢測器140上的點P`142。編碼器120上的點Q 124由成像透鏡135成像為檢測器140上的點Q`144。圖5b示出了單個開口138，成像透鏡133被集成為覆蓋檢測器140的包封的一部分。
圖6示出了本發明的第二個實施例。在該實施例中，使用了多個被安裝在襯底150上的發射器101。除了開口138以外，提供擋板170以遮蔽檢測器140。擋板140不需要與開口138接觸。擋板170可以圍繞檢測器140，或可以僅被需要來截斷髮射器100與檢測器140之間直接的路徑。
上述對於本發明的詳細說明是為了舉例說明的目的，而非窮舉或者將本發明嚴格限制於所公開的實施例。因此，本發明的範圍由所附的權利要求確定。
權利要求
1.一種反射成像編碼裝置，包括發光的發射器；反射來自所述發射器的光的漫反射編碼器；將來自所述編碼器的反射光形成倒像的成像透鏡；以及接收來自所述成像透鏡的所述倒像的檢測器。
2.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述編碼器是碼盤。
3.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述編碼器是碼帶。
4.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述發射器是發光二極體。
5.如權利要求4的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體是未包封的發光二極體晶片。
6.如權利要求4的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體是被包封的。
7.如權利要求4的反射成像編碼裝置，其中所述發射器是封裝的發光二極體。
8.如權利要求6的反射成像編碼裝置，其中所述包封形成光軸。
9.如權利要求8的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體被安裝在所述光軸上。
10.如權利要求8的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體被偏離所述光軸而安裝。
11.如權利要求6的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體包括反射罩。
12.如權利要求11的反射成像編碼裝置，其中所述包封形成光軸。
13.如權利要求12的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體被安裝在所述光軸上。
14.如權利要求12的反射成像編碼裝置，其中所述發光二極體被偏離所述光軸而安裝。
15.如權利要求4的反射成像編碼裝置，其中所述發射器是多個發光二極體。
16.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述成像透鏡與所述檢測器相分離。
17.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述成像透鏡被結合在所述檢測器的包封中。
18.如權利要求1的反射成像編碼裝置，還包括位於所述編碼器和所述成像透鏡之間的開口。
19.如權利要求1的反射成像編碼裝置，還包括位於所述成像透鏡和所述檢測器之間的開口。
20.如權利要求1的反射成像編碼裝置，還包括位於所述編碼器和所述成像透鏡之間的第一開口和位於所述成像透鏡和所述檢測器之間的第二開口。
21.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述發射器和所述檢測器是共平面的。
22.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述發射器和所述檢測器被安裝在共同的襯底上。
23.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述編碼器包括漫射和反射介質上的暗的碼帶。
24.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述編碼器包括反射條和透明的縫隙。
25.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述檢測器包括光電二極體陣列。
26.如權利要求1的反射成像編碼裝置，其中所述檢測器被安裝在成像透鏡的光軸上。
27.如權利要求1的反射成像編碼裝置，還包括將到達所述檢測器的雜散光最小化的擋光板。
全文摘要
本發明公開了一種反射成像編碼裝置。該反射成像編碼裝置具有發射器、漫反射編碼器和在檢測器上形成倒像的成像透鏡，所述發射器比如為一個或多個發光二極體，所述漫反射編碼器比如為反射來自發射器的部分光的碼盤或碼帶。該反射成像編碼裝置可以在成像透鏡任一側或兩側上具有開口，並且可以包括擋板來使到達檢測器的雜散光最小化。
文檔編號G01D5/26GK1661454SQ200410080989
公開日2005年8月31日 申請日期2004年10月26日 優先權日2003年10月28日
發明者陳日隆, 胡國興 申請人:安捷倫科技有限公司