TWI447357B - 反射式光編碼器 - Google Patents

Description

反射式光編碼器

本發明是有關於一種光編碼器裝置，且特別是有關於一種具有高解析度之反射式光編碼器裝置。

目前光編碼器(optical encoder)的應用趨勢朝向高解析度發展。請參考第1圖，此圖為習知之反射式光編碼器的剖面圖，反射式光編碼器100包含一基座102、一光發射器106、一光接收器108、一光學單元112及一物體120。此光發射器106設置於基座102之上，用以發射出光源訊號。光接收器108設置於基座102之上，與光發射器106並列。光學單元112包含一第一透鏡112a和第二透鏡112b，第一透鏡112a對應於光發射器106，第二透鏡112b對應於光接收器108。物體120裝置於光學單元112的上方，其可為反射式光學尺或光學圓盤。

在使用習知之反射式光編碼器時，由物體所反射回來的光線，經過透鏡後並無法集中於光接收器上，因而會使光編碼器的解析度受到影響。為了因應光編碼器高解析度的需求，有必要提出一種改良式的反射式光編碼器。

本發明之一態樣是在提供一種反射式光編碼器，可製作尺寸較小但仍保有高解析度的產品。

本發明提出一種反射式光編碼器，適於偵測一物體，上述之反射式光編碼器包含一支架、一光學單元、一光發射器、一光接收器及一遮蔽體。光學單元具有一第一透鏡及一第二透鏡，光發射器設置於支架上，適於發射一光線，光發射器位於支架與第一透鏡之間，光發射器所發射之光線適於穿透第一透鏡而被物體反射。光接收器設置於支架上，光接收器位於支架與第二透鏡之間。遮蔽體設置於光接收器與第二透鏡之間，遮蔽體以一光穿透區暴露出光接收器，使得光接收器適於接收來自物體反射後並穿越第二透鏡之光線，並且遮蔽體阻擋來自發射器發射並被光學單元直接折射或反射之光線。

依據本發明之一實施實例，反射式光編碼器更包含一透明樹脂，此透明樹脂係包覆支架、光學單元、光反射器及光接收器。

依據本發明之一實施例，上述之光學單元之第一透鏡及第二透鏡包括凹透鏡。

依據本發明之一實施例，上述之光接收器包括一光感測晶片陣列，係由多個陣列排列之光感測晶片所組成。

依據本發明之一實施例，上述之光穿透區包括多個開口，光感測晶片陣列之各光感測晶片對應各開口設置。

依據本發明之一實施例，上述之光發射器包括一發光二極體。

依據本發明之一實施例，更包括一殼體，罩住透明樹脂及光學單元。

請參考第2A圖，此圖係依據本發明之一具體實施方式所繪示之反射式光編碼器的剖面圖。依據本發明之一具體實施例，反射式光編碼器200包含一基座202、一支架204、一光發射器206、一光接收器208及一光學單元212。

依據本發明之一具體實施例，基座202用以支撐反射式光編碼器200中之各項元件。此基座202的材質可為塑膠、金屬、或其它合適之材質。依據本發明之一具體實施例，基座202的材質例如可為聚氯乙烯(Polyvinylchloride；PVC)。請參考第2B圖，依據本發明之一實例，基座202中可設有一電路(未繪示)，藉由引腳230以接收或發送外部訊號。

支架204設於基座202上，包含一遮蔽體，遮蔽體具有一下支撐段204a、一上支撐段204b、一連接段204c、一遮蔽段204d和一光穿透區205。連接段204c連接下支撐段204a與上支撐段204b，下支撐段204a位於基座的底部。在此支架204的下支撐段204a上安裝有一光發射器206，其可經由支架204上之電極，與基座202中的電路耦接，用以接收經由電路所傳送來的外部訊號，並據以產生一光線。在一實例中，此光發射器206為發光二極體。在光發射器206一側的支架204的下支撐段204a上還設有一光接收器208，其同樣可經由支架204上之電極，與基座202中的電路耦接。在此支架204的上支撐段204b具有一光穿透區205，位於光接收器208的正上方。於支架204上方設有一光學單元212，此光學單元212具有複數個透鏡，分別對應於光發射器206和光接收器208設置。

在一實例中，光學單元212包含第一透鏡212a和第二透鏡212b。在一實例中，光發射器206正上方設有第一透鏡212a，其用以發散由光發射器212a所產生之光線。在第一透鏡212a一側設有一第二透鏡212b，係位於光穿透區205與光接收器208正上方。在本實施例中，光發射器212a所發射之光線穿透第一透鏡212a後會被一物體220反射，而本發明之反射式光編碼器的遮蔽體係以光穿透區205暴露出光接收器208，使得光接收器208可以接收來自物體220反射後並穿越第二透鏡212b之光線，而遮蔽體會阻擋來自光發射器212a發射的光線，但被光學單元212折射或是反射的光線。適合用於本發明之第一透鏡212a與第二透鏡212b可為實質相同的透鏡。在一實例中，此第一透鏡212a與第二透鏡212b包含凹透鏡。

在本發明另一實例中，光穿透區205例如是柵欄式，其具有複數個開口205a，這些開口與光接收器208的光感測晶片為一一對應。由於本發明加設一柵欄式光穿透區於透鏡與光接收器之間，此柵欄式光穿透區可發揮如狹縫作用，使反射平行光產生繞射現象。當經由第二透鏡所聚集之反射光經過光穿透區時，依據光程差的不同，可產生明顯的暗區和亮區，亦即可使有限的光滙集於數個區域而產生聚光的效果，因此使用柵欄式光穿透區可進一步提昇光接收器的線性解析度。故當透鏡尺寸縮小時，光接收器仍可藉由柵欄式光穿透區而獲得足夠之有效光線，以維持感測解析度。

此外，本實施例之支架204具有複數個電極(未繪示)，與基座202中的電路彼此電性連接。此支架204的材質可為塑膠、金屬、或其它合適之材質。依據本發明之一具體實施例，此支架204的材質為鋁。依據本發明之一具體實施例，支架204可先與光發射器206和光接收器208進行組裝，之後再安裝於基座202之中。

光接收器208用以將所感測到的反射光轉換成電訊號，再經由耦接的電路傳送至一外部訊號處理單元。適合用於本發明中的光接收器208可為光感測晶片陣列(Photo Detector Array，PD Array)，由複數個感測晶片組成。在一實例中，為九組光感測器所形成的陣列。在一具體實施例，此光感測晶片可為光偵測二極體積體電路(photo diode integrated circuit，PDIC)。

在一實例中，反射式光編碼器200包含透明樹脂214，用以包覆支架204、光發射器206、光接收器208和光學單元212、。在另一實例中，反射式光編碼器200包含一殼體221，用以罩住透明樹脂214和光學單元212。

由上述本發明實施方式可知，應用了具有光穿透區的反射式光編碼器，可製作縮小尺寸但仍保有高解析度的產品。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．反射式光編號器

102．．．基座

106．．．光發射器

108．．．光接收器

112．．．光學單元

112a．．．第一透鏡

112b．．．第二透鏡

120．．．物體

200．．．反射式光編號器

202．．．基座

204．．．支架

204c．．．連接段

204d．．．遮蔽段

205．．．光穿透區

205a．．．開口

206．．．光發射器

208．．．光接收器

212．．．光學單元

212a．．．第一透鏡

212b．．．第二透鏡

214．．．透明樹脂

220．．．物體

204a．．．下支撐段

204b．．．上支撐段

221．．．殼體

230．．．引腳

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖為習知之反射式光編碼器剖面圖

第2A圖為依據本發明具體實施例所繪示之反射式光編碼器剖面圖。

第2B圖為依據第2A圖所繪示之反射式光編碼器側面圖。

200．．．反射式光編號器

202．．．基座

204．．．支架

204a．．．下支撐段

204b．．．上支撐段

204c．．．連接段

204d．．．遮蔽段

205．．．光穿透區

205a．．．開口

206．．．光發射器

208．．．光接收器

212．．．光學單元

212a．．．第一透鏡

212b．．．第二透鏡

214．．．透明樹脂

220．．．物體

Claims (5)

1. 一種反射式光編碼器，適於偵測一物體，該反射式光編碼器包含：一支架；一光學單元，具有一第一透鏡及一第二透鏡；一光發射器，設置於該支架上，適於發射一光線，該光發射器位於該支架與該第一透鏡之間，該光發射器所發射之光線適於穿透該第一透鏡而被該物體反射；一光接收器，設置於該支架上，該光接收器位於該支架與該第二透鏡之間，其中該光接收器包括一光感測晶片陣列，由多個陣列排列之光感測晶片所組成；以及一遮蔽體，設置於該光接收器及該第二透鏡之間，該遮蔽體以一柵欄式光穿透區暴露出該光接收器，使得該光接收器適於接收自該物體反射後並穿越該第二透鏡之該光線，並且該遮蔽體阻擋來自該發射器發射並被該光學單元直接折射或反射之該光線，其中該柵欄式光穿透區包括多個開口，使得自該物體反射後並穿越該第二透鏡之該光線，在穿過該柵欄式光穿透區後將產生繞射現象，並產生至少一暗區和至少一亮區，該光感測晶片陣列之各該光感測晶片係對應各開口設置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之反射式光編碼器，更包括一透明樹脂，該透明樹脂係包覆該支架、該光學單元、該光反射器及該光接收器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之反射式光編碼器，其中第一透鏡及第二透鏡包括凹透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之反射式光編碼器，其中該光發射器包括一發光二極體。
5. 如申請專利範圍第2項所述之反射式光編碼器，更包括一殼體，罩住該透明樹脂及該光學單元。