CN101514909B - 光学编码盘以及相应的光学编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用作光学编码器的光学编码盘，其具有若干个码道，每个所述码道具有若干周期性设置的编码单元，每个编码单元具有一个聚光部分和一个散光部分，所述光学编码盘由光学材料制成。本发明还提供一种采用所述光学编码盘的光学编码器，其提供一个光源和一个光电检测器，所述光电检测器具有若干光电元件，所述若干光电元件呈线型排列，其分别对应于所述若干个码道设置，分别用以接收由对应码道过来的光并将其转换成对应的电平信号值，若干个对应的电平信号值组合实现对所述码盘所处角位置进行编码。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学编码盘以及采用该光学编码盘的光学编码器。
背景技术
马达(Motor)已经被广泛应用在各种工业制造设备上，其将电能转换为机械能，以驱动机器(Machine)做旋转运动、直线运动或者振动等，适用于半导体制造设备(Semiconductor Manufacturing Equipment)、工业机器人(Industrial Robot)、工具业(Machine Tool)、组装设备(Assembling Machine)等工业控制领域。
马达在运动过程中，一般需要利用光学编码器(Optical Encoder)作为马达运动的位置信息反馈元件，从而实现工业制造设备中对驱动机器运动的控制。具体请参阅Proceedings of the IEEE 1999International Conference on Volume 2上发表的An innovative method to increase the resolution of optical encoders in motion servo systems。一般的光学编码器包括一个光学编码盘(Optical Encoder Disk)、一个光电光源(photoelectric light source)和一个光电检测器(photoelectric detector)。
所述光学编码盘通常由光学玻璃制作而成，其具有多个码道，所述多个码道为同心圆环，不同码道上溅镀不同的光学调制图案，使得不同角位置所对应的多个码道的光学调制图案组合不同，从而实现对不同角位置进行光学编码。
一般，光学编码盘与马达同轴设置且随马达一起旋转运动，当光学编码盘随着马达运动至某一个角位置时，通过上述工作原理，光电检测器可以获得马达此时的角位置编码信息。
目前大部分光学编码器用的光学编码盘，基本上采用蒸镀等镀膜技术在玻璃板上制作出不透光部分与透光部分组合的光学调制图案，镀膜的部分为不透光部分，未镀膜的部分为透光部分。而通过镀膜技术制作的光学编码盘的制作成本较高。
有鉴于此，有必要提供一种具有低制作成本的光学编码盘及相应的光学编码器。
发明内容
本发明提供一种光学编码器用的光学编码盘，其包括若干个码道，所述若干个码道为同心圆环，每个码道具有若干个沿圆周方向周期性设置的编码单元，每个编码单元具有一个聚光部分和一个散光部分。所述若干个码道上周期性设置编码单元的角周期不同。
本发明还提供一种采用所述光学编码盘的光学编码器，其还具有一个光源和一个光电检测器，所述光学编码盘设置于光源与光电检测器之间，所述光电检测器具有若干个光电元件，所述若干个光电元件分别对应与所述光学编码盘的若干个码道设置，以接收由该若干个码道过来的光并将其转换成对应的电平信号值。
本发明提供的光学编码盘，其可以通过注塑成模的方法制作所述具有周期性交替的聚光部分和散光部分的光学编码盘，其制作成本低，且由于聚光部分和散光部分可以形成相对的亮区和暗区，使得所述光学编码器的光电检测器可以区分出该亮区与暗区，从而实现光学编码。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的光学编码盘的示意图。
图2是光学编码盘的一个码道沿圆周的展开示意图。
图3是采用图1光学编码盘的光学编码器的示意图。
图4是本发明第二实施例提供的光学编码盘的一个码道沿圆周的展开示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，为本发明第一实施例提供的一种光学编码盘20的示意图。
所述光学编码盘20具有若干个码道21，所述若干个码道21为同心的圆环结构。
每个码道21具有若干个沿圆周方向周期性设置的编码单元210，每个编码单元210包括一个聚光部分212和一个散光部分214。
相邻两个码道21，其中远离圆心的码道21上周期性设置的编码单元210所对应的角周期为θT1，靠近圆心的码道21上周期性设置的编码单元210所对应的角周期为θT2，θT1和θT2的关系为：θT2＝2*θT1。
请一并参阅图2，为图1的光学编码盘20的一个码道21沿圆周方向展开的示意图。所述码道21的聚光部分214具有一第一聚光表面214a及一与其相对的第二聚光表面214b，第一聚光表面214a及第二聚光表面214b为凸面，光线经过所述聚光部分214，其形成一个亮区。所述码道21的散光部分212具有一第一发散光表面212a及一与其相对的第二发散光表面212b，第一发散光表面212a及第二发散光表面212b分别为一凹面，光线经过所述散光部分212，其形成一个暗区。
因此，当所述光学编码盘20具有N个码道时，其可以获得2N个角位置编码值，即光学编码盘20可以区分出2N个角位置，因此，可以理解，所述N越大，所述光学编码盘20的分辨率也高，其用作角位置回馈的精度也越高。
第一聚光表面214a及第一发散光表面212a周期性交替相连形成该码道21的一第一表面，第二聚光表面214b及第二发散光表面212b周期性交替相连形成该码道21的第二表面。
所述光学编码盘20由光学玻璃或者透明树脂材料制成，其可以由注塑成型的方法制成，提供一对分别具有与所述若干码道21的第一表面和第二表面匹配的成型曲面的模仁，模仁的制作由现有技术可以得到。
请参阅图3，为采用所述光学编码盘20的编码器220的示意图。所述编码器220还具有一个光源22和光电检测器24，所述光电检测器24具有若干光电元件242，所述若干光电元件242成线型排列，分别对应所述若干码道21设置。
优选地，所述编码器220还具有两个保护层25，其设置在该光学编码盘21两侧，并与之贴合以保护该光学编码盘21避免划痕。
优选地，所述光电元件242为一个光电二极管。
优选地，所述光源21采用一个发光二极管和与其光学耦合的光学系统，所述光学系统将发光二极管发出的光转换成一平行光。
当所述光学编码器220用于伺服马达上，所述光源22与光电检测器24固定不动，光学编码盘20随马达一起旋转。当光学编码盘20运动至一角位置时，所述若干光电元件242分别接受由若干码道21过来的光，并转换成其对应的电平值。因此，所述若干光电元件242转换而来的若干个电平值组合而成的二进制数据，即为该码盘220位于此时角位置时的位置编码值。
优选地，所述光电检测器24预先设定一个基准光强度，所述基准光强度为光源22发出的均匀光的强度。所述光源22发出的均匀强度的光照射所述光学编码盘20，经过聚光部分212的光的强度高于基准强度，则对应光接收元件的输出信号为“1”，经过发散光214的光的强度低于基准强度，则对应光接收元件的输出信号为“0”。
本发明第一实施例提供的光学编码盘20，其可以直接由注塑成模制成若干码道上的聚光部分和散光部分，代替现有技术中光刻及蒸镀技术制作出透光部分和不透光部分，其制作成本低。本发明实施例提供的采用该光学编码盘20的光学编码器220，采用具有均匀发光强度的光源22，并在光电检测器24中设定该均匀光强度为基准光强度，可以理解，由聚光部分214过来的光强度高于基准光强度，由散光部分212过来的光强度低于基准光强度，因此该光学编码器220具有实用效果。
请参阅图4，为本发明第二实施例的光学编码盘30的一个码道31沿圆周展开示意图，其聚光部分314的一第一表面314a为一聚光的凸面，第二表面314b为一平面。
其散光部分312的第一表面312a为平面，与所述第一表面312a相对的第二表面312b为一发散光的凹面。可以理解的是，聚光部分314及散光部分312的表面形状不限，只要分别能够达到聚光作用和发散光作用，使得能够实现光学编码。
可以理解，本发明的第二实施例为第一实施例的变形实施方式，同样可以实现光学编码。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种光学编码盘，其具有若干个码道，所述若干个码道为同心圆环，每个码道具有若干个沿圆周方向周期性设置的编码单元，每个编码单元具有：
一聚光部分，均匀强度的光经过所述聚光部分形成一亮区；
一散光部分，均匀强度的光经过所述散光部分形成一暗区。
2.如权利要求1所述的光学编码盘，其特征在于，所述光学编码盘由光学玻璃或者光学树脂材料制成。
3.如权利要求1所述的光学编码盘，其特征在于，所述聚光部分包括一第一聚光表面和一与该第一聚光表面相对的第二聚光表面，所述第一聚光表面和第二聚光表面分别为一凸面；所述散光部分包括一第一散光表面和一与该第一散光表面相对的第二散光表面，所述第一散光表面和第二散光表面分别为一凹面。
4.如权利要求3所述的光学编码盘，其特征在于，所述第一散光表面与所述第一聚光表面交替相连形成一波形表面；所述第二散光表面与第二聚光表面交替相连形成一波形表面。
5.如权利要求如权利要求1所述的光学编码盘，其特征在于，所述聚光部分包括一凸面和一与该凸面相对的平面；所述散光部分包括一凹面和一与该凹面相对的平面，每个码道的聚光部分和散光部分交替设置。
6.一种光学编码器，其包括：
一个光学编码盘，其具有若干个码道，每个码道具有若干个周期性设置的编码单元，每个编码单元具有一个聚光部分和一个散光部分；
一个光源，用以发出一均匀强度的平行光照射所述若干个码道；
一个光电检测器，其设置于所述光学编码盘一侧，所述光电检测器具有若干个光电元件，所述若干个光电元件分别对应于光学编码盘的若干个码道设置，以分别接收由对应码道过来的光并转换成对应的电平信号值。
7.如权利要求6所述的光学编码器，其特征在于，所述光学编码器还包括两个保护层，所述两个保护层将所述光学编码盘固定于其二者之间。
8.如权利要求6所述的光学编码器，其特征在于，所述光电检测器预先设定一个基准光强度，所述基准光强度为所述平行光的强度。
9.如权利要求6所述的光学编码器，其特征在于，所述光源为发光二极管，所述光电元件为光电二极管。
10.如权利要求6所述的光学编码器，其特征在于，所述光学编码盘的每个码道上的聚光部分和散光部分交替设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110727 Termination date: 20180222 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |