光学编码器的光电探测器阵列布置制造技术

本发明专利技术公开了一种光学编码器的光电探测器阵列布置。光学编码器利用光电探测器阵列，该光电探测器阵列具有至少两个表面积不同的光电探测器，这些光电探测器当同时被发光二级管照亮时，产生不同量的光电流。因为光电探测器在同时被照亮时产生不同量的光电流，所以光电探测器产生可以被用于标引诸如码盘之类的编码元件的明确结果。另一种光学编码器利用一个与索引轨道对准的索引光电探测器以及另一个与编码元件的位置轨道对准的索引光电探测器，以标引该编码元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学编码器。
技术介绍
光学编码器被用于例如监测诸如曲轴之类的轴的运动。光学编码器可以在轴的位置和/或旋转数方面来监测轴的运动。光学编码器通常使用附着在轴上的码盘来在轴和码盘旋转时调制光。随着光通过含有透明区和不透明区图案的码盘上的轨道，光被调制。随着光响应于码盘的旋转而被调制，从接收了经调制光的光电探测器阵列产生一串电信号。这些电信号被用来确定轴的位置和/或旋转数。码盘上分别的位置轨道和索引(index)轨道被用来确定位置和旋转数。位置轨道和索引轨道必须与相应的位置轨道和索引轨道光电探测器阵列精确对准，以获得可靠的结果。因为每个轨道都必须与其相应的光电探测器阵列对准，所以随着轨道数量的增加，对准任务变得更为困难。此外，光学位置编码器的一些应用要求更高分辨率的位置信息，这就要求更小的轨道和光电探测器阵列。更小的轨道和光电探测器阵列给对准任务增加了额外的难题。
技术实现思路
一种光学编码器使用光电探测器阵列，该光电探测器阵列具有至少两个表面积不同的光电探测器，所述光电探测器当同时被发光二级管照亮时，产生不同量的光电流。因为这些光电探测器在被同时照亮时产生不同量的光电流，所以光电探测器产生可以被用于标引诸如码盘之类的编码元件的明确结果。另一种光学编码器使用一个与索引轨道对准的索引光电探测器以及另一个与编码元件的位置轨道对准的索引光电探测器，以标引编码元件。结合以示例方式图示了本专利技术的原理的附图，从以下的详细描述，本专利技术的其他方面及优点将变的更加清楚。附图说明图1示出了用于测量轴的旋转运动的光学编码器系统。图2示出了含有位置轨道和索引轨道的码盘的一部分。图3示出了与码盘的各个位置轨道和索引轨道(例如图2中示出的位置轨道和索引轨道)相对应的位置轨道和索引轨道光电探测器阵列的一个图4示出了与相应的码盘的各个位置轨道和索引轨道相关的图3的位置光电探测器阵列和索引光电探测器阵列。图5示出了与索引轨道光电探测器阵列相关的索引轨道的两个位置，其中索引特征是透明的。图6示出了与索引轨道光电探测器阵列相关的索引轨道的两个位置，其中索引特征是不透明的。图7示出了含有线性位置轨道和索引轨道的线性编码元件的一个实施例，其中索引特征是透明的。图8示出了与线性编码元件的各个位置轨道和索引轨道相关的位置光电探测器阵列和索引光电探测器阵列。图9示出了与线性编码元件的位置轨道和索引轨道相关的位置光电探测器和索引光电探测器的一个实施例，其中索引光电探测器分布在索引轨道及位置轨道之间。图10示出了与线性编码元件的位置轨道和索引轨道相关的位置光电探测器和索引光电探测器的另一个实施例，其中索引光电探测器分布在索引轨道与位置轨道之间。以下说明中，类似的参考标号被用来标识类似的元素。具体实施例方式图1示出了用于测量轴的旋转运动的光学编码器系统100。光学编码器系统包括马达110、轴112、码盘114和编码器116。码盘含有至少一个轨道(未示出)，编码器包括由至少一个发光二级管构成的光源118及与轨道对准的光电探测器阵列120。编码器还包括信号处理逻辑122，用于处理从光电探测器阵列输出的电信号以测量轴的旋转运动。马达、轴、码盘和编码器在光学位置编码器领域中是公知的。具体地，参见美国专利4,451,731、4,691,101及5,241,172，它们通过引用被结合于此。图2示出了含有位置轨道124和索引轨道126的码盘114的一部分。位置轨道和索引轨道是与码盘同心的环形轨道。位置轨道包括始终围绕码盘的透明区128和不透明区130的连续重复图案。位置轨道对光调制，以测量码盘及轴112的位置改变。在图2的实施例中，位置轨道的透明区和不透明区具有相同的周向尺寸(也称为宽度尺寸)。透明区和不透明区的宽度尺寸(由跨度“x”指示)是希望的分辨率的函数。透明区和不透明区的径向尺寸(这里称为高度尺寸) (由跨度“y”指示)是产生足量光电流所要求的面积量的函数(例如，要求的光电流越大，则要求的面积越大，从而因为面积等于“x”乘“y”，所以需要“y”越大)。以下说明中，位置轨道的高度等同于位置轨道的透明区的高度。如本领域熟知的，位置轨道可以使用其他透明区和不透明区的图案来调制光。图2中所示的索引轨道126是含有至少一个作为索引特征的不透明区134的主要透明的轨道。索引轨道被用于测量码盘和轴的旋转。例如，索引轨道可以被用于指示旋转的结束和/或用于计数旋转数。如本领域所知，索引轨道可以利用其他透明区和不透明区的图案来调制光。例如，索引轨道可以是包括至少一个作为索引特征的透明区的主要不透明的轨道。索引特征的径向尺寸和周向尺寸(这里也分别称为高度尺寸和宽度尺寸)是光敏面积和分辨率的函数。在以下说明中，索引轨道的高度等同于透明区136或索引轨道区的高度。以下将更详细地描述使用索引轨道来测量旋转。图3示出了与码盘的各个位置轨道和索引轨道124和126(例如图2中示出的位置轨道和索引轨道)相对应的位置轨道和索引轨道光电探测器阵列140和142的实施例。位置轨道光电探测器阵列包括与相应的位置轨道(位置轨道由虚线124指示)对准的一系列光电探测器144。每个光电探测器都具有相同的表面积及相同的径向尺寸(这里也称为高度尺寸)。需要注意的是，光电探测器的侧边缘基本上沿着从码盘的中心辐射的线。图3所示的位置轨道光电探测器144以A、B、A/、B/的重复图案被标记，其中“A/”读作“A杠”，“B/”读作“B杠”。光电探测器及由光电探测器产生的相应的电信号的这种指定是本领域熟知的。位置轨道光电探测器的周向尺寸(也被称作宽度尺寸)与相应的位置轨道的透明区和不透明区的宽度尺寸相关。在图3的实施例中，每个位置轨道光电探测器的宽度是相应的位置轨道的透明区和不透明区的宽度的一半。索引轨道光电探测器阵列142包括与相应的索引轨道(索引轨道由虚线126指示)对准的中心光电探测器146和两个侧光电探测器148。侧光电探测器的位置直接与中心光电探测器相邻。中心光电探测器被标记为“I/”，读作“I杠”，侧光电探测器被标记为“I”。光电探测器及由光电探测器产生的相应电信号的这种指定是本领域熟知的。在图3的实施例中，中心光电探测器具有比两个侧光电探测器的组合的表面积更大的表面积。中心光电探测器具有比两个侧光电探测器的组合的表面积更大的表面积，使得随着码盘旋转，索引轨道的索引特征可以被容易的识别。后面将参考图5及图6详细描述不同的表面积对识别索引特征的影响。图4示出了图3的与相应的码盘的各个位置轨道和索引轨道124和126相关的位置光电探测器阵列和索引光电探测器阵列140和142。参考位置轨道，码盘包括分别是透明区和不透明区128和130的图案。如上所述，每个透明区和不透明区的宽度尺寸与两个光电探测器144的组合的宽度相同。在图4中，位置轨道的透明区和不透明区与位置轨道光电探测器144对准，以清楚地图示光电探测器的尺寸与位置轨道的特征之间的关系。对于索引轨道126，码盘的索引轨道部分除了一个不透明区134(即，索引特征)之外，都是透明区136。在图4的实施例中，索引特征的宽度与中心光电探测器146的宽度相同，并且这两个元件周向对准，以清楚地图示尺寸关系。位置轨道124和相应的光电探测器阵列140的操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学编码器，包括：编码元件，所述编码元件具有带有至少一个透明区的轨道；发光二级管，所述发光二极管被安置以输出光至所述轨道；和光电探测器阵列，所述光电探测器阵列被安置以检测穿过所述轨道的所述透明区的光，所述光电探测 器阵列包括第一和第二光电探测器，所述第一和第二光电探测器具有不同的表面积，以及允许整个所述光电探测器阵列被穿过所述编码元件的所述透明区的光同时照亮的组合的宽度尺寸。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宗兴，迈克尔A鲁宾逊，
申请(专利权)人：安华高科技ECBUIP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]