[发明专利]光学反射编码器系统、装置和方法

说明书

技术领域

这里所描述的本发明的各种实施例涉及光学编码器领域，以及与其相 关的组件、装置、系统和方法。

背景技术

光学编码器通常在诸如电动机控制系统中的闭环反馈控制的应用中用 作运动探测器。许多光学编码器被构造为将旋转运动或者线性运动转化为 双通道数字输出，以用于位置编码。

许多光学编码器使用LED作为光源。在透射编码器中，通过位于 LED上方的透镜等机构将光准直为平行光束。与发射器相对的是通常由光 电二极管阵列构成的光探测器和信号处理器。当码尺(诸如码盘或码带) 在光发射器和光探测器之间移动时，光束由码尺上的条和间隔组成的图案 中断。类似地，在反射或成像编码器中，LED上方的透镜将光聚焦到码尺 上。光被反射回或者不被反射回布置在光探测器上方的透镜中。随着码尺 移动，与条和间隔相对应的明图案和暗图案的交替图案落到光电二极管 上。光电二极管探测这些图案并且由信号处理器处理相应的输出以产生数 字波形。举例来说，这种编码器输出被用于提供关于电动机的位置、速度 和加速度的信息。

透射光学编码器通常产生具有良好的对比度的码尺图像，并因此能够 以高分辨率工作在高速度下。大部分透射光学编码器的高对比度特性也允 许由其提供的输出能够被轻易地插值到更高的分辨率。透射光学编码器通 常需要光发射器与光探测器相对地布置，并且由此就封装设计来说需要相 对高的轮廓。

在反射光学编码器中，光发射器和光探测器通常可以被安置在相同的 衬底上，并由此可以实现低的轮廓设计、更少的材料和更短的装配时间。 反射光学编码器通常遭受低对比度的困扰，这接着导致低的速度和低的分 辨率。

成像光学编码器以反射光学编码器的许多相同的优点为特征(诸如低 的轮廓和成本)，但是还需要漫反射式的码盘。此外，成像光学编码器遭 受低漫反射的困扰，并且通常不能工作在非常高的速度下。

在本领域中公知的反射光学编码器通常遭受各种性能和应用问题的困 扰，诸如在光发射器处产生的杂散光直接照射光探测器，这可能造成对比 度劣化、降低编码性能并限制对比度。公知的反射光学编码器也通常包括 一个封装的穹顶，发射器-编码器对布置在该穹顶中，该穹顶通常导致差的 光准直并由此限制编码性能和分辨率。公知的反射编码器也通常以受到限 制的编码能力(诸如最多两个数据编码通道或者一个索引通道)为特征。

包括直接或间接地涉及本发明的技术领域的主题的各种专利包括但不 限于以下几个：

1984年5月29日，Leonard等人的美国专利No.4,451,731；

2008年6月10日，Foo等人的美国专利No.7,182,248；

2008年11月11日，Ng等人的美国专利No.7,385,178；

2008年7月15日，Wong等人的美国专利No.7,400,269；

2008年7月1日，Saidan等人的美国专利No.7,394,061；

2006年10月26日，Saxena等人的美国专利公开No.2006/0237540； 以及

2008年1月21日，Otsuka等人的美国专利公开No.2008/0024797。

上述出版物的日期可能对应于优先权日期、申请日、公开日和授权日 中的任意一个。在背景技术部分中列举的上述专利和专利申请并不是(也 不能被理解为)申请人或其代理人承认上述列表中的一个或多个出版物构 成关于申请人的各种发明的现有技术。这里所引用的所有的印刷出版物和 专利都通过引用将其每一个的全部内容结合在这里。

在阅读和理解发明内容、具体实施例和权利要求之后，本领域的技术 人员可以认识到可以根据本发明的各种实施例的教导有利地修改这里所列 的印刷出版物中所公开的系统、装置、组件和方法中的至少一部分。

发明内容