KR100255638B1 - Encoder - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An encoder is provided to easily manufacture a code wheel, improve an accuracy and reliability to a signal detection, and realize a compact component by using a code allowing a reflector to adhere to a circulating plate, utilizing a surface emitting laser(SEL) diode as a light source and a hologram device as a condensing and a light path change unit, and modulating the SEL. CONSTITUTION: A circulating plate(200) is comprised of a reflector(210) sequentially and continuously arranged with a reflection surface and non-reflection surface at an edge of a side surface and is installed on the axis of rotation so that a circulation becomes possible. A light source discharges a light beam at the reflector(210). A first optical unit performs a focusing operation on the reflector(210) by condensing the light beam discharged from the light source. A second optical unit is provided on the light path between the reflector(210) and the first optical unit to condenses the light beam discharged from the light source. The second optical unit performs a focusing operation on the reflector and, at the same time, changes the path of the light beam reflected by the reflector(210). A light detection unit receives the light beam whose path is changed by the second optical unit. The light source, the optical unit, the second optical unit and the light detection unit are mounted on a lead frame(500) and packaged to a module with a resin molding.

Description

엔코더{Encoder}Encoder {Encoder}

본 발명은 회전 또는 선형 구동기구의 위치 검출 및 제어용으로 사용되는 엔코더에 관한 것으로서, 특히 면발광 레이저 다이오드와 홀로그램소자를 이용하여 보다 콤팩트한 구성을 가지도록 개선된 엔코더에 관한 것이다.The present invention relates to an encoder used for position detection and control of a rotary or linear drive mechanism, and more particularly to an encoder improved to have a more compact configuration using a surface emitting laser diode and a hologram element.

엔코더는 예컨대, 회전 구동기구나 선형 구동기구의 정밀제어를 위한 위치 검출용으로 이용되는 것으로서, 도 1에 그 일예의 개략적 구성을 나타내 보였다. 도 1을 참조하면, 종래의 엔코더는 구동모터(10)의 회전축(11)에 회전 가능하게 설치된 회전 원판(20)과, 그 회전 원판(20)의 테두리부에 연속적으로 배열되도록 형성된 다수의 슬릿홈(21)에 대해 레이저빔을 출사하는 예컨대, LED와 같은 발광부(30)와, 상기 슬릿홈(21)을 통과한 레이저빔을 수광하기 위한 수광부(40) 및 상기 수광부(40)에서 검출된 광빔신호를 전기적 신호로 처리하여 상기 구동 모터(10)를 제어할 수 있도록 연결된 콘트롤러(50)를 포함하여 구성된다.The encoder is, for example, used for position detection for precise control of a rotary drive mechanism or a linear drive mechanism, and shows a schematic configuration of one example thereof in FIG. 1. Referring to FIG. 1, a conventional encoder includes a rotation disc 20 rotatably installed on a rotation shaft 11 of a drive motor 10, and a plurality of slits formed to be continuously arranged at an edge portion of the rotation disc 20. Detection by the light-receiving part 40 and the light-receiving part 40 for receiving a laser beam, for example, an LED, which emits a laser beam to the groove 21, and the laser beam passing through the slit groove 21. And a controller 50 connected to process the light beam signal into an electrical signal to control the driving motor 10.

상기 종래의 엔코더에 따르면, 상기 회전 원판(20)이 회전됨에 따라 상기 발광부(30)에서 출사된 레이저빔은 상기 슬릿홈(20)의 배열에 따라 투광 및 차광이 반복적으로 이루어지며, 상기 수광부(40)는 상기 슬릿홈(21)을 통과한 광빔의 수광 횟수를 검출하여 상기 콘트롤러(50)에 신호송출함으로써 회전 원판(20)의 회전 각도 또는 회전수에 대한 정보를 검출할 수 있다. 이와 같이 검출된 정보를 기초로 상기 콘트롤러(50)는 상기 구동 모터(10)의 회전축(11)에 대한 회전수 및 회전각도를 제어하게 된다.According to the conventional encoder, the laser beam emitted from the light emitting portion 30 as the rotating disk 20 is rotated is repeatedly transmitted and shielded according to the arrangement of the slit groove 20, the light receiving portion 40 may detect information on the rotation angle or the rotation speed of the rotating disc 20 by detecting the number of times of light beams passing through the slit groove 21 and transmitting a signal to the controller 50. The controller 50 controls the rotation speed and the rotation angle of the rotation shaft 11 of the drive motor 10 based on the detected information.

상기 구성의 엔코더는 회전 원판(20)에 슬릿홈(21)을 정밀 가공하기가 어려운 동시에 회전축(110에 대한 회전 원판(20)의 수평도를 확보, 유지하기가 어려운 문제점이 있으므로 신호검출에 대한 정밀도 및 신뢰도가 떨어진다. 또한, 발광부(30) 및 수광부(40)가 회전 원판(20)을 중심으로 상호 대응되도록 설치되므로 콤팩트화에 한계가 있다.The encoder of the above configuration has a problem that it is difficult to precisely process the slit groove 21 in the rotating disk 20 and at the same time it is difficult to secure and maintain the horizontal degree of the rotating disk 20 with respect to the rotating shaft 110. Inferior precision and reliability In addition, since the light emitting unit 30 and the light receiving unit 40 are installed to correspond to each other around the rotating disc 20, there is a limit in compactness.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 코드휠을 용이하게 제작하기 위하여 회전 원판에 리플렉터를 부착하고, 동시에 보다 콤팩트한 구성을 위하여 면발광 레이저 다이오드와 홀로그램소자를 모듈화함으로써 상기한 종래의 엔코더가 가지는 문제점을 해결하고자 한다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to attach the reflector to the rotating disc to easily manufacture the code wheel, and at the same time to modularize the surface emitting laser diode and the hologram element for a more compact configuration. To solve the problem.

따라서, 본 발명의 목적은 콤팩트하게 제작이 용이한 동시에 신호검출에 대한 정밀도 및 신뢰도가 향상된 엔코더를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an encoder that is compact and easy to manufacture and has improved precision and reliability for signal detection.

도 1은 종래 엔코더의 일예를 보인 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional encoder,

도 2는 본 발명에 의한 엔코더의 개략적 구성도,2 is a schematic configuration diagram of an encoder according to the present invention;

도 3은 도 2의 코드휠 저면도이다.3 is a bottom view of the codewheel of FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200...회전 원판 210..리플렉터200 ... rotating disc 210 ... reflector

211...반사면 212...비반사면211 ... reflective surface 212 ... non-reflective surface

300..면발광 레이저 다이오드 310...제1홀로그램소자300. Surface-emitting laser diode 310 ... first hologram element

320...제2홀로그램소자 330...수지몰딩320 ... second hologram element 330 ... resin molding

340...케이스 400...포토다이오드340 ... case 400 ... photodiode

500..리드프레임500..Lead frame

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 엔코더는, 회전축에 회전가능하게 설치되며 편면에 리플렉터가 마련된 원판과; 상기 리플렉터에 대해 광빔을 출사하기 위한 광원과; 상기 광원으로부터 출사되는 광빔을 집광하여 상기 리플렉터에 포커싱하기 위한 제1광학수단과; 상기 리플렉터에 의해 반사된 광빔의 경로를 변경시켜주기 위한 제2광학수단과; 상기 제2광학수단에 의해 경로변경된 광빔을 수광하기 위한 광검출수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the encoder according to the present invention comprises: a disk rotatably installed on a rotating shaft and provided with a reflector on one side thereof; A light source for emitting a light beam to the reflector; First optical means for condensing a light beam emitted from said light source and focusing on said reflector; Second optical means for changing a path of the light beam reflected by the reflector; And light detecting means for receiving the light beam redirected by the second optical means.

상기 본 발명에 의한 엔코더에 있어서, 특히 상기 광원과 상기 제1광학수단, 상기 제2광학수단 및 상기 광검출수단은 리드프레임에 탑재되어 수지몰딩에 의해 모듈화된 것이 바람직하며, 상기 광원은 780nm 파장대를 가지는 면발광 레이저 다이오드이고, 상기 제1광학수단과 상기 제2광학수단은 홀로그램소자, 그리고 상기 광검출수단은 포토다이오드인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 리플렉트는 광반사율이 서로 다른 반사면이 상기 회전 원판의 테두리부에 연속적으로 배열되거나 또는 반사면과 비반사면이 교번적으로 배치된 것이 바람직하다.In the encoder according to the present invention, in particular, the light source, the first optical means, the second optical means, and the light detecting means are preferably mounted on a lead frame and modularized by resin molding, and the light source has a wavelength band of 780 nm. And a surface emitting laser diode, wherein the first optical means and the second optical means are hologram elements, and the light detecting means is a photodiode. In addition, the reflecting surface is preferably a reflection surface having a different light reflectance is continuously arranged in the edge portion of the rotating disc or the reflection surface and the non-reflective surface are alternately arranged.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엔코더의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of an encoder according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 엔코더는 구동원(미도시)의 회전축(110)에 회전가능하게 설치되며 편면에 리플렉터(210)가 코드로 마련되어 있는 원판(200)과, 상기 리플렉터(210)에 대해 광빔을 출사하기 위한 광원으로서의 면발광 레이저(SEL; Surface Emitting Laser) 다이오드(310)와, 상기 광원으로부터 출사되는 광빔을 집광하여 상기 리플렉터(210)에 포커싱하기 위한 제1홀로그램소자(300)와, 상기 리플렉터(210)에 의해 반사된 광빔의 경로를 변경시켜주기 위한 제2홀로그램소자(320)와, 상기 제2홀로그램소자(320)에 의해 경로변경된 광빔을 수광하기 위한 광검출수단으로서의 포토다이오드(400)를 포함하여 구성된다.2 and 3, the encoder according to the present invention is rotatably installed on the rotating shaft 110 of the drive source (not shown) and the reflector 210 is provided with a cord on one side and the reflector, Surface Emitting Laser (SEL) diode 310 as a light source for emitting a light beam to 210 and a first hologram element for condensing the light beam emitted from the light source and focusing on the reflector 210 300, a second hologram element 320 for changing the path of the light beam reflected by the reflector 210, and light detection for receiving the light beam redirected by the second hologram element 320. It comprises a photodiode 400 as a means.

상기 구성을 가지는 엔코더에 있어서, 상기 면발광 레이저 다이오드(300)와 상기 포토다이오드(400)는 리드프레임(500)에 나란하게 탑재되고, 상기 제1홀로그램소자(310) 및 상기 제2홀로그램소자(320)는 상기 면발광 레이저 다이오드(300)로부터 출사되는 광빔의 경로상에 위치하도록 마련되어 수지몰딩(330)에 의해 패키징된 모듈을 이루고 있다. 참조부호 340은 상기 제1홀로그램소자(310) 및 상기 제2홀로그램소자(320)를 지지하기 위한 케이싱이다. 참조부호 600은 상기 리드프레임(500)과 전기적으로 접속되는 회로기판으로서, 이 회로기판은 엔코더가 장착되는 기기본체의 메인회로기판과 접속될 수 있도록 서브회로기판으로 제작될 수도 있으며, 또한 상기 메인회로기판 그 자체가 되도록 제작될 수도 있다.In the encoder having the above configuration, the surface emitting laser diode 300 and the photodiode 400 are mounted side by side on the lead frame 500, and the first hologram element 310 and the second hologram element ( 320 is provided to be positioned on the path of the light beam emitted from the surface emitting laser diode 300 to form a module packaged by the resin molding 330. Reference numeral 340 denotes a casing for supporting the first hologram element 310 and the second hologram element 320. Reference numeral 600 denotes a circuit board electrically connected to the lead frame 500. The circuit board may be manufactured as a sub-circuit board so as to be connected to the main circuit board of the apparatus main body on which the encoder is mounted. It may be fabricated to be the circuit board itself.

상기 리플렉트(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전 원판(200)의 테두리부에 반사면(211)과 비반사면(212)이 교번하여 연속적으로 배치되거나 또는 반사율이 서로 다른 반사면이 연속적으로 배열되도록 부착되는 것이 바람직하다. 상기 면발광 레이저 다이오드(310)는 780nm 파장대를 가지는 것이 바람직하며, 상기 제2홀로그램소자(320)는 상기 리플렉터(210)와 상기 제1홀로그램소자(310) 사이의 광경로상에 마련되어 상기 면발광 레이저 다이오드(300)로부터 출사된 광빔을 집광하여 상기 리플렉터(210)에 포커싱하는 동시에, 상기 리플렉터(210)에 의해 반사된 광빔의 경로를 상기 포토다이오드(400)로 변경시켜주도록 되어 있다.As shown in FIG. 3, the reflector 210 is continuously disposed by alternately reflecting the reflecting surfaces 211 and the non-reflecting surfaces 212 at the edges of the rotating disc 200, or reflecting surfaces having different reflectances from each other. It is preferred to be attached so as to be arranged continuously. The surface emitting laser diode 310 preferably has a wavelength band of 780 nm, and the second hologram element 320 is provided on an optical path between the reflector 210 and the first hologram element 310. The light beam emitted from the laser diode 300 is focused and focused on the reflector 210, and the path of the light beam reflected by the reflector 210 is changed to the photodiode 400.

상기 구성을 가지는 본 발명의 엔코더에 의하면, 상기 회전 원판(200)의 회전과 동시에 상기 면발광 레이저 다이오드(300)에서 출사된 평행광은 상기 제1홀로그램소자(310)에 의해 집광되어 상기 리플렉터(210)의 광반사면에 포커싱된 다음 반사된다. 이때, 반사된 광량은 상기 리플렉터(210)의 광반사면의 광반사율에 따라 다르다. 상기 반사광은 상기 제2홀로그램소자(320)에 의해 경로 변경되어 상기 포토다이오드(400)에 수광된다. 이로써, 상기 포토다이오드(400)는 수광된 광량을 검출하여 상기 회로기판(600)의 회로부에 신호 송출됨으로써 회전 원판(200)의 회전 각도 또는 회전수를 검출할 수 있다.According to the encoder of the present invention having the above constitution, parallel light emitted from the surface emitting laser diode 300 simultaneously with the rotation of the rotating disc 200 is collected by the first hologram element 310 and the reflector ( Focused on the light reflecting surface of 210 and then reflected. In this case, the reflected light amount depends on the light reflectance of the light reflecting surface of the reflector 210. The reflected light is redirected by the second hologram element 320 and received by the photodiode 400. As a result, the photodiode 400 detects the amount of light received and sends a signal to the circuit part of the circuit board 600 to detect the rotation angle or the rotation speed of the rotation disc 200.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 엔코더에 의하면, 회전 원판에 리플렉터를 부착하여 코드로 이용함으로써 코드휠을 용이하게 제작할 수 있는 동시에 회전축에 대한 회전 원판의 수평도를 확보, 유지하기가 쉬우므로 신호검출에 대한 정밀도 및 신뢰도가 향상된다. 또한, 면발광 레이저 다이오드를 광원으로 이용하는 동시에 홀로그램소자를 집광 및 광경로변경수단으로 이용하여 모듈화함으로써 회로기판에의 실장이 가능하여 콤팩트한 구성의 실현이 가능하다.As described above, according to the encoder according to the present invention, the reflector is attached to the rotating disc to be used as a cord so that the cord wheel can be easily manufactured, and at the same time, it is easy to secure and maintain the horizontal degree of the rotating disc relative to the rotating shaft. Accuracy and reliability for signal detection are improved. In addition, the surface-emitting laser diode is used as a light source, and the hologram element is modularized by using the light condensing and light path changing means, thereby enabling mounting on a circuit board, thereby making it possible to realize a compact structure.

Claims (7)

회전축에 회전가능하게 설치되며 편면 테두리부에 반사면과 비반사면이 교번적으로 연속하여 배치된 리플렉터가 마련된 원판과;A disc rotatably installed on the rotating shaft and provided with a reflector in which a reflective surface and an anti-reflective surface are alternately continuously arranged on one side edge; 상기 리플렉터에 대해 광빔을 출사하기 위한 광원과;A light source for emitting a light beam to the reflector; 상기 광원으로부터 출사되는 광빔을 집광하여 상기 리플렉터에 포커싱하기 위한 제1광학수단과;First optical means for condensing a light beam emitted from said light source and focusing on said reflector; 상기 리플렉터와 상기 제1광학수단 사이의 광경로상에 마련되어 상기 광원으로부터 출사된 광빔을 집광하여 상기 리플렉터에 포커싱하는 동시에 상기 리플렉터에 의해 반사된 광빔의 경로를 변경시켜주기 위한 제2광학수단과;Second optical means provided on an optical path between the reflector and the first optical means for focusing the light beam emitted from the light source to focus on the reflector and for changing the path of the light beam reflected by the reflector; 상기 제2광학수단에 의해 경로변경된 광빔을 수광하기 위한 광검출수단;을 포함하고,And light detecting means for receiving the light beam redirected by the second optical means. 상기 광원과 제1광학수단과 제2광학수단 및 광검출수단은 리드프레임에 탑재되어 수지몰딩에 의해 하나의 패키지로 모듈화된 것을 특징으로 하는 엔코더.And the light source, the first optical means, the second optical means, and the light detecting means are mounted in a lead frame and modularized into one package by resin molding. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원은 면발광 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 엔코더.The light source is an encoder, characterized in that the surface-emitting laser diode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원은 780nm 파장대를 가지는 면발광 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 엔코더.The light source is an encoder, characterized in that the surface-emitting laser diode having a wavelength band of 780nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1광학수단과 상기 제2광학수단은 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 엔코더.And said first optical means and said second optical means are hologram elements. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2광학수단은 상기 리플렉터에 의해 반사된 광빔의 경로를 상기 광검출수단으로 변경시켜주도록 된 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 엔코더.And the second optical means is a hologram element adapted to change the path of the light beam reflected by the reflector to the light detecting means. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광검출수단은 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 엔코더.And the light detecting means is a photodiode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리플렉트는 광반사율이 서로 다른 반사면이 상기 회전 원판의 테두리부에 연속적으로 배열된 것을 특징으로 하는 엔코더.The reflector is an encoder, characterized in that the reflecting surface having a different light reflectance is continuously arranged on the edge of the rotating disc.
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