专利名称：反射编码器和使用该反射编码器的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及反射编码器，其是用作光轴角度编码器的一部分的光学传感器的光学系统，用于产生表示轴的角度位置或角度变化的电信号。
背景技术：
图11示出常规反射编码器的结构示例。
反射编码器是具有瓶帽状反射传感器1100的光学编码器，其检测从编码轮1104的反射区1104a反射的调制光束Pa1102。反射传感器1100包括光发射元件1101，其照亮编码轮1104的反射区1104a和非反射区1104b；至少一个光检测元件1102设置在与光发射元件1101相同衬底上，以便检测从编码轮1104反射的调制光束Pa1102；框架1107，光发射元件1101和光检测元件1102安装在其上；和环氧树脂部分1103，其覆盖光发射元件1101和光检测元件1102的表面，并保护光发射元件1101和光检测元件1102。
为了防止在环氧树脂部分1103和空气之间的相界面被不期望地反射的光束Pb1102直接到达光检测元件1102，反射传感器1100包括适当地设置在光发射元件1101和编码轮1104之间的透镜。该透镜也朝光检测元件1102的方向放大图像，因此，由于使用该透镜，可能使用更紧凑、更便宜的光检测元件1102。
如图11所示的瓶帽状的反射传感器1100包括单独的透镜，即，覆盖光发射元件1101的光发射透镜1105和覆盖光检测元件1102的光检测透镜1106。光发射元件1101和光检测元件1102设置在合适的位置，使得来自光发射元件1101的光束Pa1101被光发射透镜1105放大，并沿编码轮1104的方向聚焦和发射，然后，从编码轮1104反射的调制光束Pa1102沿光检测元件1102的方向放大和聚焦。应该指出，可能使用这种紧凑和便宜的双透镜结构，保持高精度。
但是，作为这种反射编码器的示例，具有光发射装置和光电检测器密封在单个透明介质中的光学编码器(例如，参见JP H6-221874A(1994))。
如图11所示的反射编码器具有许多现在用过的反射编码器的优点，即，相当便宜、相当紧凑，但是，因为光发射元件和光检测元件都设置在相同的透明介质中，也存在一些问题，如下面所述。
也就是说，来自光发射元件1101的光束Pb1101被保护光发射元件1101的环氧树脂部分1103内部反射，并作为光束Pb1102照射到相邻的光检测元件1102上。因此，在光检测元件1102中产生不期望的信号。
图12是当在光检测元件中产生不期望的信号时，输出波形的示例曲线图，图13是当在光检测元件中没有产生不期望的信号时，输出波形的示例曲线图。在图12和图13中，垂直轴表示电压，水平轴表示时间。
如图所示，与在光检测元件中没有产生不期望的信号时的输出信号波形相比，在光检测元件中产生不期望的信号时，由于噪音成分N，输出信号波形上移。
在反射编码器中，信号检测精度对反射编码器的性能具有很大影响。因此，由于内部反射造成的精度损失是一个大问题。而且，为了克服这种内部反射，需要使用相当高的电流来发光，导致增加使用的功率。而且，从试验的结果来看，已经发现从光发射元件直接进入光检测元件的不期望信号引起输出信号波形的噪音成分移动，是输出信号波形振幅的约1/6。
如上所述，由于内部反射影响产生的问题是对于反射编码器比对于反射光继电器大。如图13所示，为了改善性能，在输出信号波形中基本上没有噪音成分是很重要的。
另一方面，如果光发射元件的透镜和光检测元件的透镜之间的距离很大时，那么还有减少由光发射元件发射、达到光检测元件的光量的问题。
发明内容
考虑到上述问题而实现了本发明，本发明的目的是提供一种反射编码器，其通过用遮光体消除不期望的信号，能够改善光学特性，并且通过装入这种反射编码器而提供更紧凑、更精确的电子装置。
本发明的反射编码器设置光发射部分，其具有能够发光的光发射元件和用于覆盖和保护光发射元件的光发射侧透明树脂体；光检测部分，其具有用于检测从光发射元件发射并被编码轮的反射区反射的光的光接收元件；用于覆盖和保护光接收元件的光接收侧透明树脂体；和遮光体，其设置在光发射侧透明树脂体和光接收侧透明树脂体之间，用于分隔光发射部分和光检测部分。结果，通过遮光体，防止来自光发射部分侧的光进入光检测部分侧，从而消除光接收元件中的不期望的信号。
本发明的反射编码器还设置副模制树脂部分，用于固定光发射部分和光检测部分，从而保持预定的距离；其中遮光体与副模制树脂部分模制成单件。在这种结构的情况下，可能既不增加制造步骤形成遮光体，又精确定位光发射部分和光检测部分。
在本发明的反射编码器中，遮光体由板状或片状件形成。在这种结构的情况下，光发射部分的透镜和光检测部分的透镜可以靠近排列形成，因此，可能保证由编码轮反射的光有效和准确地入射到光检测部分。
在本发明的反射编码器中，遮光体可以这样形成将液体不透明树脂注入光发射侧透明树脂体和光接收侧透明树脂体之间的间隔中，然后固化。在这种结构的情况下，光发射部分的透镜和光检测部分的透镜可以更靠近排列形成，因此，可能保证由编码轮反射的光有效和准确地入射到光检测部分。
在本发明的反射编码器中，光发射部分中安装光发射元件的光发射侧框架的高度，和光检测部分中安装光接收元件的光接收侧框架的高度可以不同。在这种结构的情况下，光发射元件和光接收元件的排列可以调整到最佳位置或高度，因此，改善反射编码器的光学特性。
在本发明的反射编码器中，可能编码轮为圆形，光发射部分和光检测部分沿垂直于编码轮直径方向的方向对准。在这种结构的情况下，即使编码轮很小，可能直接在编码轮下面设置反射编码器。
在本发明的反射编码器中，可能编码轮为圆形，光发射部分和光检测部分沿编码轮的直径方向对准。在这种结构的情况下，因为照射编码轮的光相对编码轮的直径方向左右对称分布，进入光检测部分的光左右对称。因此，改善光学信号输出波形，能够提供精确的信号。
在本发明的反射编码器中，可能光接收元件具有光检测区和信号处理电路，光检测区设置成远离反射编码器的中心，信号处理电路设置成靠近反射编码器的中心。在这种结构的情况下，可能防止光检测部分由于信号处理电路而变大。
在本发明的反射编码器中，可能光发射侧透镜在光发射侧透明树脂体的顶部形成，和光接收侧透镜在光接收侧透明树脂体的顶部形成，和光发射部分和光检测部分设置成光发射侧透镜和光接收侧透镜的至少一个的光轴朝遮光体的顶部倾斜。在这种结构的情况下，可以有效利用来自光发射部分的光。
在本发明的反射编码器中，光发射元件设置在光发射侧透镜的光轴上。在这种结构的情况下，光有效地进入光发射侧透镜。
在本发明的反射编码器中，光接收元件设置在光接收侧透镜的光轴上。在这种结构的情况下，进入光接收侧透镜的光有效地聚焦在光接收元件上。
本发明的电子装置是至少使用上述中的一种反射编码器的装置。结果，可以有效和精确地检测光，和可以改善电子装置的特性。
图1是表示有关本发明实施例1的反射编码器的截面图。
图2是表示图1的反射编码器的透视图。
图3本表示有关发明实施例1的反射编码器的改型示例的截面图。
图4是表示有关本发明实施例2的反射编码器的截面图。
图5是表示有关本发明实施例3的反射编码器的截面图。
图6是表示有关本发明实施例4的反射编码器的截面图。
图7(a)是表示有关本发明实施例5的反射编码器的顶视说明图，图7(b)是其侧视图。
图8(a)表示有关本发明实施例6的反射编码器的顶视说明图，图8(b)是其侧视图。
图9是表示有关本发明实施例7的反射编码器的截面图。
图10是表示有关本发明实施例8的反射编码器的截面图。
图11是表示常规反射编码器示例的总图。
图12是表示当在光检测元件中产生不期望的信号时，输出信号波形示例的曲线图。
图13是表示当在光检测元件中没有产生不期望的信号时，输出信号波形示例的曲线图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
实施例1图1是表示有关本发明实施例1的反射编码器100的截面图，图2是图1的反射编码器100的透视图。
反射编码器100具有光发射部分120，光检测部分130，和固定光发射部分120和光检测部分130的副模制树脂部分107，用于定位光发射部分120和光检测部分130。
光发射部分120具有光发射侧框架105，设置在光发射侧框架105上的光发射元件106，和覆盖与保护光发射元件106的光发射侧透明树脂体101。光发射侧透明树脂体101的上部模制成光发射侧透镜101a。光检测部分130具有光接收侧框架104，设置在光接收侧框架104上的光接收元件103，和覆盖与保护光接收元件103的光接收侧透明树脂体102。光接收侧透明树脂体102的上部模制成光接收侧透镜102a。
副模制树脂部分107用不透明的树脂形成。在光发射部分120和光检测部分130之间形成的副膜压树脂部分107的那些部分起遮光体107a的作用。
因为反射编码器100具有这种结构，因而从光发射元件106发射的光束P1通过光发射侧透镜101a聚焦，此后它朝编码轮108发射，其中它照射到编码轮108的反射部分108a和非反射部分108b上。照射反射部分108a的光被反射，照射非反射部分108b的光基本上不反射。结果，当从编码轮108反射的反射光束P2通过光接收侧透镜102a焦距并照射光接收元件103时，改变了光的亮度。因此，编码轮108的旋转频率和方向取决于在光接收元件103上形成的该光照射分区光电二极管(PD)。
由于使用本实施例1的反射编码器100，和由于使用遮光体107a，可能防止来自光发射元件106的光经过光发射侧透明树脂体101和光接收侧透明树脂体102直接进入光接收元件103。
应该指出，本实施例1的遮光体107a在使用不透明树脂形成副模制树脂部分107的同时，与副模制树脂部分107模制成单件。而且，副模制树脂部分107也具有精确定位光发射部分120和光检测部分130的作用。
实施例1的改型示例下面参照附图描述光发射元件和光接收元件直接安装在相同衬底上的实施例。
图3是表示有关发明实施例1的改型示例的反射编码器100A的截面图。
在反射编码器100A中，光发射元件111和光接收元件115安装在单个衬底116上。光发射元件111和光接收元件115分别被光发射侧透明树脂体112和光接收侧透明树脂体114覆盖。用不透明树脂形成的遮光体113设置在光发射侧透明树脂体112和光接收侧透明树脂体114之间的界面部分。
因为反射编码器100A具有这种结构，因而由于编码轮(未示出)，从光发射部分120A(包括光接收元件111和光发射侧透明树脂体112的部分)发射的光具有可变的亮度，并被光检测部分130A(包括光接收元件115和光接收侧透明树脂体114的部分)的光接收元件115上形成的分区PD接收。
因此，由于直接将光发射元件111和光接收元件115安装在衬底116上，可能减小反射编码器100A的厚度。而且，由于将电极设置在衬底116的后面，可能使反射编码器100A为无引线型。
实施例2下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例2。
图4是表示有关本发明实施例2的反射编码器200的截面图。
在实施例1的反射编码器100中，遮光体107a与副模制树脂部分107模制成单件，但是，在这种情况下，如果遮光体107a没有一定的厚度，那么就会有问题，例如，由于树脂的模制步骤，树脂不渗透到那儿。因此，需要将遮光体107a的厚度设定成足以渗透树脂。结果，光发射部分120和光检测部分130之间的距离增加，可能导致光学性能下降，诸如从光发射部分120进入光检测部分130的光量。
因此，在本实施例2中，为了进一步减小光发射部分220和光检测部分230之间的距离，副模制树脂部分204仅用于固定光发射部分220和光检测部分230，并且遮光体203形成为与副模制树脂部分204分离的部分。因此，只要在副模制树脂部分204中的光发射部分220和光检测部分230之间设置小缝隙，分离的遮光体203插入缝隙中。
也就是说，首先，将光发射元件208放在光发射侧框架206上，然后，用光发射侧透明树脂体201覆盖光发射元件208，形成光发射部分220，在光发射侧透明树脂体201的上部形成光发射侧透镜201a。通过将光接收元件209安装到光接收侧框架207上，然后，用光接收侧透明树脂体202覆盖光接收元件209，形成光检测部分230，在光接收侧透明树脂体202上部形成光接收侧透镜202a。
接下来，通过用由不透明树脂形成的副模制树脂部分204夹住光发射部分220和光检测部分230形成反射编码器200，使得在光发射部分220和光检测部分230之间保留小缝隙。
不允许光透过并且其尺寸或厚度适合于光发射部分220和光检测部分230之间缝隙的薄板状或薄片状遮光体203，插入光发射部分220和光检测部分230之间的间隔中。
用本实施例2，光发射部分220和光接收部分230之间的距离可以做得比实施例1所示的反射编码器100的小，结果，可以消除由于内部反射而从光发射部分220进入光检测部分230的光，同时，来自光发射部分220的光可以在编码轮205上被反射，从而被有效和准确地入射在光接收部分230上。
实施例3下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例3。
图5是表示有关本发明实施例3的反射编码器300的截面图。
本实施例3的反射编码器是使用不透明液态树脂形成遮光体303代替上述实施例2的反射编码器200的片状或板状遮光体203的编码器。
也就是说，首先，通过将光发射元件308安装到光发射侧框架306上，然后，用光发射侧透明树脂体301覆盖光发射元件308，形成光发射部分320，在光发射侧透明树脂体301的上部形成光发射侧透镜301a。通过将光接收元件309安装到光接收侧框架307上，然后，用光接收侧透明树脂体302覆盖光接收元件309，形成光检测部分330，在光接收侧透明树脂体302上部形成光接收侧透镜302a。
接下来，通过用由不透明树脂形成的副模制树脂部分304夹住光发射部分320和光检测部分330形成反射编码器300，使得在光发射部分320和光检测部分330之间保留小缝隙。
然后，不透明树脂被灌入到光发射部分320和光检测部分330之间的间隔中，并固化形成遮光体303，其不允许光发射部分和光检测部分330之间光透过。
根据本实施例3，遮光体303最初是液体，所以，光发射部分320和光检测部分330之间的距离可以比实施例2的还要小，结果，可以消除由于内部反射从光发射部分320进入光检测部分330的光，同时，来自光发射部分320的光可以在编码轮305上被反射，从而被有效和准确地入射在光接收部分330上。
实施例4下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例4。
图6是表示有关本发明实施例4的反射编码器400的截面图。
在本实施例4的反射编码器400中，光发射部分420和光检测部分430分开模制。利用这种情况，改变光发射部分420中安装光发射元件401的引线框架(光发射侧框架)402的高度、和光检测部分430中安装光接收元件403的引线框架(光接收侧框架)404的高度。也就是说，从光发射侧透明树脂体405的底面到光发射侧框架402的高度不同于从光接收侧透明树脂体406的底面到光接收侧框架404的高度。
结果，从光发射元件401到光发射侧透镜405a的距离可以不同于从光接收元件403到光接收侧透镜406a的距离。
例如，当光接收元件403靠近光接收侧透镜406时，它接收的光亮度较大，输出信号的振幅(电压值)增加。另一方面，当调整光发射元件401的位置和高度时，可以改变从光发射侧透镜405a发射的光的方向和焦距特性。
因为反射编码器400构成这样，因而通过改变安装光发射元件401的引线框架(光发射侧框架)402的高度，或改变安装光接收元件403的引线框架(光接收侧框架)404的高度，可以改善反射编码器400的光学特性。
实施例5下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例5。
图7(a)和7(b)是表示有关本发明实施例5的反射编码器601的说明图，其中图7(a)是顶视图和7(b)是侧视图。
在本发明的实施例5中，反射编码器601用于检测电机等的轴603的旋转速度和旋转方向。
而且，光发射部分604和光检测部分605(反射编码器601的构成元件)的对准方向平行于方向D2，其垂直于编码轮602的直径方向D1。
因为反射编码器601包括这种结构，可能提供靠近轴的反射编码器601。结果，即使编码轮602很小，反射编码器601可以设置在编码轮602之内，可能减小装置的尺寸，尤其是，可能使这种装有反射编码器601的电机小型化。另外，还可能实现使用这种反射编码器的更小型的电子装置。
实施例6下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例6。
图8(a)和8(b)是表示有关本发明实施例6的反射编码器701的说明图，其中图8(a)是顶视图和8(b)是侧视图。
在本实施例6中，反射编码器701用于检测电机等的轴703的旋转速度和旋转方向。
而且，光发射部分704和光检测部分705(反射编码器701的构成元件)沿编码轮702的直径方向D1对准。
用这种结构，因为照射编码轮702的光对称分布在直径方向D1的左侧和右侧，进入光检测部分705的光左右对称，结果，输出信号的波形具有更好的形状。
实施例7下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例7。
图9是表示有关本发明实施例7的反射编码器900的截面图。
从光发射部分920的光发射元件901发射的光柱P901被编码轮905反射成反射光束P902，并进入在光检测部分930的光接收元件903顶部的光检测区902a。
在本实施例7中，光接收元件903具有光检测区902a和信号处理电路902b。光接收元件903的光检测区902a设置成远离反射编码器900的中心P，信号处理电路902b设置成靠近反射编码器900的中心。
用这种结构，可能防止光检测部分930由于信号处理电路902b变大。
实施例8下面参照附图描述本发明反射编码器的实施例8。
图10是表示有关本发明实施例8的反射编码器1000的截面图。
在实施例8中，光发射部分1020的光发射元件1001设置在光发射侧透明树脂体1002的光发射侧透镜1002a的光轴上，从光发射元件1001发射的光束P1001有效地从光发射侧透镜1002a出射。光束P1001被编码轮1006反射，变成反射光束P1002。反射光束P1002的主光束沿其光轴照射，并通过在光接收侧透明树脂体1005上部形成的光接收侧透镜1005a聚焦。然后，光被设置在光检测部分1030的光接收侧透镜1005a的光轴上的光接收元件1004接收。
因此，将光发射元件1001和光接收元件1004分别设置在光发射侧透镜1002a和光接收侧透镜1005a的光轴上，光发射部分1020和光检测部分1030设置成彼此面对地倾斜(即，副模制树脂部分1007固定光发射部分1020和光检测部分1030，使得光发射侧透镜1002a的光轴和光接收侧透镜1005a的光轴在遮光体1007a上面的编码轮1006表面区域相交)。因此，可以更有效地利用光。应该指出，通过将光发射部分1020和光检测部分1030与副模制树脂部分1007固定，光发射部分1020和光检测部分1030可以容易和准确地设置成倾斜。
应该指出，本发明的电子装置是包括实施例1至实施例8所述反射编码器的至少任意一种的装置。通过这种结构，可以获得更紧凑、更精确的电子装置。
关于工业应用，本发明的反射编码器和使用反射编码器的电子装置可以理想地用于或用作电子装置，诸如消耗装置或工厂自动化设备。
在没有脱离本发明的精神和基本特征情况下，本发明可以用其它形式来体现和实施。因此，上述实施例在各个方面应该认为是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围用附加的权利要求来表示，而不是用上述说明。落入附加权利要求等同范围内的所有变化和改型包括在本发明内。
本申请要求2004年7月26日在日本提交的专利申请No.2004-217495的优先权，该申请的全部内容在此引入作为参考。
权利要求
1.一种反射编码器，包括一光发射部分，其具有能够发光的一光发射元件和用于覆盖和保护所述光发射元件的一光发射侧透明树脂体，一光检测部分，其具有用于检测从所述光发射元件发射并被一编码轮的反射区反射的光的一光接收元件，和用于覆盖和保护所述光接收元件的一光接收侧透明树脂体，和一遮光体，其设置在所述光发射侧透明树脂体和所述光接收侧透明树脂体之间，用于分隔所述光发射部分和所述光检测部分。
2.如权利要求1所述的反射编码器，还包括一副模制树脂部分，用于固定所述光发射部分和所述光检测部分，从而保持预定的距离；其中所述遮光体与所述副模制树脂部分模制成一单件。
3.如权利要求1所述的反射编码器，其中所述遮光体由一板状或片状件形成。
4.如权利要求1所述反射编码器，其中所述遮光体这样形成将液态不透明树脂注入所述光发射侧透明树脂体和所述光接收侧透明树脂体之间的间隔中，然后固化。
5.如权利要求1-4任一项所述的反射编码器，其中所述光发射部分中安装光发射元件的一光发射侧框架的高度、和所述光检测部分中安装光接收元件的一光接收侧框架的高度不同。
6.如权利要求1-4任一项所述的反射编码器，其中所述编码轮为圆形，所述光发射部分和所述光检测部分沿垂直于该编码轮直径方向的方向对准。
7.如权利要求1-4任一项所述的反射编码器，其中所述编码轮为圆形，所述光发射部分和所述光检测部分沿所述编码轮的直径方向对准。
8.如权利要求1-4任一项所述的反射编码器，其中所述光接收元件具有一光检测区和一信号处理电路，所述光检测区设置成远离所述反射编码器的中心，所述信号处理电路设置成靠近所述反射编码器的中心。
9.如权利要求1-4任一项所述的反射编码器，其中一光发射侧透镜在所述光发射侧透明树脂体的顶部形成，一光接收侧透镜在所述光接收侧透明树脂体的顶部形成，和其中所述光发射部分和所述光检测部分设置成使得所述光发射侧透镜和所述光接收侧透镜中的至少一个的光轴朝所述遮光体的顶部倾斜。
10.如权利要求9所述的反射编码器，其中所述光发射元件设置在所述光发射侧透镜的光轴上。
11.如权利要求9所述的反射编码器，其中所述光接收元件设置在所述光接收侧透镜的光轴上。
12.一种使用如权利要求1-4任一项所述的反射编码器的电子装置。
13.一种使用如权利要求5所述的反射编码器的电子装置。
14.一种使用如权利要求6所述的反射编码器的电子装置。
15.一种使用如权利要求7所述的反射编码器的电子装置。
16.一种使用如权利要求8所述的反射编码器的电子装置。
17.一种使用如权利要求9所述的反射编码器的电子装置。
18.一种使用如权利要求10所述的反射编码器的电子装置。
19.一种使用如权利要求11所述的反射编码器的电子装置。
全文摘要
在反射编码器的实施例中，反射编码器设置光发射部分，其具有能够发光的光发射元件和用于覆盖和保护光发射元件的光发射侧透明树脂体；光检测部分，其具有用于检测从光发射元件发射并被编码轮的反射区反射的光的光接收元件；用于覆盖和保护光接收元件的光接收侧透明树脂体；和遮光体，其设置在光发射侧透明树脂体和光接收侧透明树脂体之间，用于分隔光发射部分和光检测部分。
文档编号G01D5/36GK1727850SQ200510084788
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月21日 优先权日2004年7月26日
发明者长坂幸二, 志知孝一, 佐佐木正人 申请人:夏普株式会社