專利名稱：雙色擴展頻譜光編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及光編碼器，且更具體地，涉及光正交編碼器。
背景技術(shù)：
持續(xù)旋轉(zhuǎn)裝置(諸如電馬達等)的角位置必須被感測，以便恰當?shù)乜刂扑鲅b置。旋轉(zhuǎn)裝置常常包括旋轉(zhuǎn)編碼器，以感測旋轉(zhuǎn)軸的角位置和/或速度。在一些類型的裝置(諸如但不限于車輛變速器)中，流體可以存在和/或懸浮在圍繞旋轉(zhuǎn)編碼器的空氣中，旋轉(zhuǎn)編碼器可以包括霍爾效應(yīng)傳感器，或某種其它類似的磁場型編碼器。然而，這些磁場型旋轉(zhuǎn)編碼器可以被在強勁電馬達/發(fā)電機的端部繞組附近產(chǎn)生的強磁通量負面地影響。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種光編碼器。該光編碼器包括帶有槽的輪。帶有槽的輪限定多個槽，所述槽從帶有槽的輪的中心徑向向外延伸，并繞帶有槽的輪的中心成角度地布置。第一信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第一波長的光。第一傳感器二極管布置為與第一信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第一傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第一信號二極管發(fā)出的光。第二信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第二波長的光。第一波長不同于第二波長。第二傳感器二極管布置為與第二信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第二傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第二信號二極管發(fā)出的光。帶有槽的輪可相對于第一信號二極管、第二信號二極管、第一傳感器二極管和第二傳感器二極管旋轉(zhuǎn)。還提供了一種光編碼器。該光編碼器包括殼體。帶有槽的輪可相對于該殼體旋轉(zhuǎn)。帶有槽的輪限定多個槽，所述槽從帶有槽的輪的中心徑向向外延伸，并繞帶有槽的輪的中心成角度地布置。第一信號二極管附連到殼體。第一信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第一波長的光。第一波長包括七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范圍的波長。第一傳感器二極管布置為與第一信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第一傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第一信號二極管發(fā)出的光。第一傳感器二極管包括第一帶通濾波器，所述第一帶通濾波器配置為用于濾去具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范圍之外的波長的光。第二信號二極管附連到殼體。第二信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第二波長的光。第二波長包括四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍的波長。第二傳感器二極管布置為與第二信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第二傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第二信號二極管發(fā)出的光。第二傳感器二極管包括第二帶通濾波器，所述第二帶通濾波器配置為用于濾去具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍之外的波長的光。還提供了一種組件。該組件包括外殼，所述外殼限定封閉的內(nèi)部。外殼可旋轉(zhuǎn)地支撐在封閉的內(nèi)部內(nèi)的軸。流體被布置在封閉的內(nèi)部內(nèi)。光編碼器也被布置在封閉的內(nèi)部內(nèi)。光編碼器聯(lián)接到軸，用于感測軸的位置。該光編碼器包括帶有槽的輪。帶有槽的輪限定多個槽，所述槽從帶有槽的輪的中心徑向向外延伸，并繞帶有槽的輪的中心成角度地布置。帶有槽的輪可與軸一起旋轉(zhuǎn)。光編碼器還包括第一信號二極管。第一信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第一波長的光。第一波長包括七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范圍的波長。光編碼器還包括第一傳感器二極管。第一傳感器二極管布置為與第一信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第一傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第一信號二極管發(fā)出的光。第一傳感器二極管包括第一帶通濾波器，所述第一帶通濾波器配置為用于濾去具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范圍之外的波長的光。光傳感器還包括第二信號二極管。第二信號二極管配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第二波長的光。第二波長包括四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍的波長。光編碼器還包括第二傳感器二極管。第二傳感器二極管布置為與第二信號二極管相對地對著帶有槽的輪。第二傳感器二極管配置為用于通過所述多個槽接收第二信號二極管發(fā)出的光。第二傳感器二極管包括第二帶通濾波器，所述第二帶通濾波器配置為用于濾去具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍之外的波長的光。 相應(yīng)地，光編碼器適于用在非密封和/或濕的環(huán)境中，諸如混合車輛的變速器或電馬達/發(fā)電機，且不被電馬達/發(fā)電機的端部繞組產(chǎn)生的磁通量不利地影響。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢及其他特征和優(yōu)勢將從用于實施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。


圖I是具有用于感測軸的位置的光編碼器的組件的示意性平面圖。圖2是光編碼器的帶有槽的輪的示意性平面圖。圖3是光編碼器的放大的示意性平面圖。圖4是光編碼器的替換實施例的示意性平面圖。圖5是帶有槽的輪的替換實施例的示意性平面圖，所述帶有槽的輪與圖4所示的光編碼器的替換實施例一起使用。
具體實施例方式具有本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)的人將認識到，諸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”等的術(shù)語用來描述附圖，且不表示對本發(fā)明的范圍的限制，所述范圍如由所附的權(quán)利要求所限定。參考附圖，其中相同的幅圖標記在幾幅圖中指向相同的部件。圖I中在20處大致示出了組件。組件20可以包括將光編碼器22并入其中的任何裝置。例如，組件20可以包括用于車輛的變速器等。參考圖1，其中，組件20示意性地示出了用于車輛的變速器，組件20包括外殼24。外殼24限定封閉的內(nèi)部26，并在該封閉的內(nèi)部26內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地支撐軸28。流體30，例如，傳動液30，被布置在外殼24的封閉內(nèi)部26內(nèi)。光編碼器22被布置在外殼24的封閉內(nèi)部26內(nèi)。光編碼器22聯(lián)接到軸28,用于感測軸28的位置。光編碼器22被聯(lián)接到控制器32?？刂破?2可與光編碼器22構(gòu)成一體并附連到光編碼器22，或可以遠離光編碼器22定位?？刂破?2將電壓源提供到光編碼器22，以及接收來自光編碼器22的感測信號?？刂破?2解釋來自光控制器32的感測信號，以確定軸28在任何給定時間的位置和/或速度。控制器32可以包括任何合適的裝置，包括但不限于計算機、控制模塊、或一些其他類似的裝置。光編碼器22包括殼體34。如所示的，殼體34固定地附連到組件20的外殼24。但是，應(yīng)意識到，殼體34可以由組件20的外殼24形成和與其成為一體。殼體34限定通道36。通道36包括第一側(cè)部分38和第二側(cè)部分40。第二側(cè)部分40與第一側(cè)部分38平行并與第一側(cè)部分38相隔有通道寬度42。優(yōu)選地，通道寬度42處于4毫米(4mm)至8毫米(8mm)的范圍。更優(yōu)選地,通道寬度42約等于六毫米(6mm)。帶有槽的輪44相對于殼體34和/或組件20的外殼24被可旋轉(zhuǎn)地支撐。帶有槽的輪44被旋轉(zhuǎn)地固定，用于繞軸28的縱向軸線46與軸28 —起旋轉(zhuǎn)。如所示的，帶有槽的輪44包括平板。但是，應(yīng)意識到，帶有槽的輪44可以包括任何形狀，諸如但不限于圓柱形。參考圖2，帶有槽的輪44限定多個槽48。槽48從帶有槽的輪44的中心50徑向向外延伸，并繞帶有槽的輪44的中心50成角度地布置。隨著帶有槽的輪44相對于殼體34與軸28 —起旋轉(zhuǎn)，帶有槽的輪44中的槽48旋轉(zhuǎn)通過通道36。所述多個槽48包括第一組槽52和第二組槽54。第一組槽52布置為比第二組槽54更加徑向地遠離帶有槽的輪44的中心50。 而且，第一組槽52相對于第二組槽48繞帶有槽的輪44的中心50成角度地偏移。應(yīng)意識至IJ，帶有槽的輪44可以配置為包括槽48的不同于在此所示和所描述的取向。例如，多個槽48可以全部布置為距帶有槽的輪44的中心50徑向等距，諸如圖4和5所示的以及如下描述的。如圖I至3所不,光編碼器22包括第一信號二極管56和第二信號二極管58。如圖I至3所示，光編碼器22還包括第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62。如所示的，第一信號二極管56布置為比第二信號二極管58更加徑向地遠離帶有槽的輪44的中心50。而且，第一信號二極管56布置為沿徑向延伸穿過帶有槽的輪44的中心50的線而與第二信號二極管58共線。類似地，第一傳感器二極管60布置為比第二傳感器二極管62更加徑向地遠離帶有槽的輪44的中心50。而且，第一傳感器二極管60布置為沿徑向延伸穿過帶有槽的輪44的中心50的線而與第二傳感器二極管62共線。然而，應(yīng)意識到，傳感器二極管和信號二極管可以以不同于在此所示和所描述的構(gòu)造取向。例如，第一信號二極管56和第二信號二極管58可以從帶有槽的輪44的中心50徑向地等距隔開，并彼此成角度地隔開，第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62可以從帶有槽的輪44的中心50徑向地等距隔開，并彼此成角度地隔開。帶有槽的輪44中的槽48提供第一信號二極管56和第一傳感器二極管60之間的、以及第二信號二極管58和第二傳感器二極管62之間的開閉信號狀態(tài)。這樣，光編碼器22能夠提供兩個輸出，即，一個來自第一傳感器二極管60，而另一個來自第二傳感器二極管62。光編碼器22因此可稱為正交編碼器(quadrature encoder)。還參考圖3，第一信號二極管56附連到殼體34。更具體地，第一信號二極管56附連到殼體34的第一側(cè)部分38。第一信號二極管56配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪44的第一波長64的光。相應(yīng)地，隨著帶有槽的輪44旋轉(zhuǎn)經(jīng)過殼體34和第一信號二極管56，從第一信號二極管56發(fā)出的光穿過帶有槽的輪44中的槽48。第一傳感器二極管60布置為與第一信號二極管56相對地對著帶有槽的輪44。第一傳感器二極管60附連到殼體34。更具體地，第一傳感器二極管60附連到殼體34的第二側(cè)部分40。第一傳感器二極管60配置為用于通過所述多個槽48接收第一信號二極管56發(fā)出的光。因為第一傳感器二極管60直接對著第一信號二極管56，當槽48中的一個直接位于第一信號二極管56和第一傳感器二極管60之間時，第一傳感器二極管60僅接收來自第一信號二極管56的光。如所示的，第一信號二極管56和第一傳感器二極管60布置為跨過第一組槽52，使得從第一信號二極管56發(fā)出的光必須穿過第一組槽52，以到達第一傳感器二極管60。第一信號二極管56可以包括但不限于發(fā)光二級管(LED)。第一信號二極管56發(fā)出紅外光，該紅外光具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)的波長。優(yōu)選地，第一信號二極管56發(fā)出具有約等于八百七十納米(870nm)波長的光。第一傳感器二極管60包括PIN 二極管。第一傳感器二極管60進一步包括波長濾波器，諸如但不限于，第一帶通濾波器66。第一帶通濾波器66配置為濾去紅外線范圍之外的光。優(yōu)選地，第一帶通濾波器66濾去具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范 圍之外的波長的光。相應(yīng)地，僅具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)范圍的波長的光可以通過第一帶通濾波器66并到達第一傳感器二極管60的PIN 二極管。第二信號二極管58附連到殼體34。更具體地，第二信號二極管58附連到殼體34的第一側(cè)部分38。第二信號二極管58配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪44的第二波長68的光。相應(yīng)地，隨著帶有槽的輪44旋轉(zhuǎn)經(jīng)過殼體34和第二信號二極管58，從第二信號二極管58發(fā)出的光穿過帶有槽的輪44中的槽48。第二傳感器二極管62布置為與第二信號二極管58相對地對著帶有槽的輪44。第二傳感器二極管62附連到殼體34。更具體地，第二傳感器二極管62附連到殼體34的第二側(cè)部分40。第二傳感器二極管62配置為用于通過所述多個槽48接收第二信號二極管58發(fā)出的光。因為第二傳感器二極管62直接對著第二信號二極管58，當槽48中的一個直接位于第二信號二極管58和第二傳感器二極管62之間時，第二傳感器二極管62僅接收來自第二信號二極管58的光。如所示的，第二信號二極管58和第二傳感器二極管62布置為跨過第二組槽54，使得從第二信號二極管58發(fā)出的光必須穿過第二組槽54，以到達第二傳感器二極管62。第二信號二極管58可以包括但不限于發(fā)光二級管(LED)。如上所述，第二信號二極管58發(fā)出第二波長68的光。第二波長68不同于第一波長64。優(yōu)選地,第二信號二極管58發(fā)出可見藍光，可見藍光具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)的波長。更優(yōu)選地，第二信號二極管58發(fā)出具有約等于四百七十納米(470nm)波長的光。第二傳感器二極管62包括PIN 二極管。第二傳感器二極管62進一步包括波長濾波器，諸如但不限于，第二帶通濾波器70。第二帶通濾波器70配置為濾去可見藍光范圍之外的光。優(yōu)選地，第二帶通濾波器70濾去具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍之外的波長的光。相應(yīng)地，僅具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)范圍的波長的光可以通過第二帶通濾波器70并到達第二傳感器二極管62的PIN二極管。如上所述，第一信號二極管56和第二信號二極管58附連到第一側(cè)部分38，第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62附連到第二側(cè)部分40。帶有槽的輪44可相對于第一信號二極管56、第二信號二極管58、第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62旋轉(zhuǎn)。在操作中，帶有槽的輪44繞縱向軸線46與軸28 —起旋轉(zhuǎn)，使得第一組槽52旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第一信號二極管56和第一傳感器二極管60，而第二組槽54旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第二信號二極管58和第二傳感器二極管62。第一傳感器二極管60的波長濾波器，即，第一帶通濾波器66，濾去所有從第二信號二極管58發(fā)出的雜散光，使得第一信號二極管60僅接收從第一信號二極管56發(fā)出的光。類似地，第二傳感器二極管62的波長濾波器，即，第二帶通濾波器70，濾去所有從第一信號二極管56發(fā)出的雜散光，使得第二信號二極管62僅接收從第二信號二極管58發(fā)出的光。因為來自第一信號二極管56的雜散光被濾去以不影響第二傳感器二極管62,以及來自第二信號二極管58的雜散光被濾去以不影響第一傳感器二極管60,此處描述的光編碼器22適于用在開放或濕的環(huán)境中，諸如在圖I中所述的變速器組件20內(nèi)，且不需要被密封在干凈的環(huán)境內(nèi)。參考圖4和5，光編碼器的替換實施例大致在圖4中的80處示出。光編碼器80包括如上參考圖I至3所描述的第一信號二極管56、第二信號二極管58、第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62。光編碼器80將第一信號二極管56、第二信號二極管58、第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62全部定位為距帶有槽的輪82的中心86徑向等距。 參考圖5，帶有槽的輪82限定多個槽84。槽84從帶有槽的輪84的中心86徑向向外延伸，并繞帶有槽的輪84的中心86成角度地布置。帶有槽的輪82中的槽84旋轉(zhuǎn)穿過通道88，在圖4中示出，經(jīng)過第一信號二極管56、第二信號二極管58、第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管60。帶有槽的輪82中的每一個槽84包括第一邊緣100和第二邊緣102，該第一邊緣100和第二邊緣102在它們之間限定槽寬度90。第一信號二極管56和第一傳感器二極管60沿第一軸線92跨過通道88彼此相對地對齊。第二信號二極管58和第二傳感器二極管62沿第二軸線94跨過通道88彼此相對地對齊。第一軸線92和第二軸線94彼此側(cè)向地隔開有二極管寬度96。槽寬度90和二極管寬度96被配置尺寸為，隨著槽84旋轉(zhuǎn)經(jīng)過二極管，序列被建立。所述序列包括，第一傳感器二極管60通過槽84中的一個接收來自第一信號二極管56的信號，同時第二傳感器二極管62被帶有槽的輪82阻止接收來自第二信號二極管58的信號，這之后，第一傳感器二極管60和第二傳感器二極管62 二者分別通過槽84中的一個接收來自第一信號二極管56和第二信號二極管58的信號，這之后，第一傳感器二極管60被帶有槽的輪82阻止接收來自第一信號二極管56的信號，同時第二傳感器二極管62通過槽84中的一個接收來自第二信號二極管58的信號。該序列對于帶有槽的輪82中的每一個槽84重復進行。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種光編碼器，包括 帶有槽的輪，限定多個槽，所述槽從帶有槽的輪的中心徑向向外延伸并繞帶有槽的輪的中心成角度地布置； 第一信號二極管，配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第一波長的光； 第一傳感器二極管，布置為與第一信號二極管相對地對著帶有槽的輪，并配置為用于通過所述多個槽接收第一信號二極管發(fā)出的光； 第二信號二極管，配置為用于發(fā)出垂直于帶有槽的輪的第二波長的光；和 第二傳感器二極管，布置為與第二信號二極管相對地對著帶有槽的輪，并配置為用于通過所述多個槽接收第二信號二極管發(fā)出的光； 其中，帶有槽的輪可相對于第一信號二極管、第二信號二極管、第一傳感器二極管和第二傳感器二極管旋轉(zhuǎn)；且 其中，第一波長不同于第二波長。
2.如權(quán)利要求I所述的光編碼器，其中，第一信號二極管和第二信號二極管每一個包括發(fā)光二級管(LED)。
3.如權(quán)利要求2所述的光編碼器,其中,第一信號二極管發(fā)射紅外光。
4.如權(quán)利要求3所述的光編碼器，其中，第一信號二極管發(fā)出具有七百納米(700nm)至一千四百納米(1400nm)的波長的光。
5.如權(quán)利要求3所述的光編碼器，其中，第二信號二極管發(fā)射可見藍光。
6.如權(quán)利要求5所述的光編碼器，其中，第二信號二極管發(fā)出具有四百五十納米(450nm)至四百九十納米(490nm)的波長的光。
7.如權(quán)利要求5所述的光編碼器，其中，第一傳感器二極管和第二傳感器二極管每一個包括PIN 二級管。
8.如權(quán)利要求7所述的光編碼器，其中，第一傳感器二極管包括第一帶通濾波器，所述第一帶通濾波器配置為濾去紅外范圍之外的光。
9.如權(quán)利要求8所述的光編碼器，其中，第二傳感器二極管包括第二帶通濾波器，所述第二帶通濾波器配置為濾去可見藍光光譜之外的光。
10.如權(quán)利要求I所述的光編碼器，其中，殼體限定通道，所述通道具有第一側(cè)部分和第二側(cè)部分，所述第二側(cè)部分平行于第一側(cè)部分并與第一側(cè)部分隔開有通道寬度，第一信號二極管和第二信號二極管附連到第一側(cè)部分，第一傳感器二極管和第二傳感器二極管附連到第二側(cè)部分。
全文摘要
一種雙色擴展頻譜光編碼器，包括第一信號二極管和第二信號二極管，該第一信號二極管以紅外波長發(fā)光，該第二信號二極管以可見藍光波長發(fā)光。光編碼器還包括第一傳感器二極管和第二傳感器二極管，該第一傳感器二極管具有光波長濾波器，用于濾去具有紅外波長之外的波長的光，該第二傳感器二極管具有光波長濾波器，用于濾去具有可見藍光波長譜之外的波長的光。限定多個徑向延伸的槽的帶有槽的輪旋轉(zhuǎn)經(jīng)過信號二極管和傳感器二極管，使得傳感器二極管可以感測穿過帶有槽的輪中的槽的光。
文檔編號G01D5/26GK102778244SQ20121013900
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者T.R.麥克布萊德, 小馬丁.E.羅薩里克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司