CN111457948A - 光学编码器及其控制方法 - Google Patents
光学编码器及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111457948A CN111457948A CN201910060974.1A CN201910060974A CN111457948A CN 111457948 A CN111457948 A CN 111457948A CN 201910060974 A CN201910060974 A CN 201910060974A CN 111457948 A CN111457948 A CN 111457948A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensing
- light
- signal
- signal transmission
- optical encoder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/3473—Circular or rotary encoders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明提供一种光学编码器及其控制方法，包括发光元件、码盘、遮罩以及感测元件。码盘设于发光元件的一侧，且包括多个记号区。遮罩设于码盘相对于发光元件的一侧，且包括多个透光图案。感测元件设于遮罩相对于该码盘的一侧，且包括一控制单元以及多个对应该多个透光图案的感测单元，其中感测元件包括多个感测阵列，其中各感测阵列由至少两个感测单元组成，且相邻感测阵列中等间距的多个感测单元连接至同一讯号传输线。基于上述结构可以通过设计遮罩上透光图案的形状来产生理想的弦波讯号，并利用平均不同感测阵列的感测讯号来提高感测准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学编码器及其控制方法，特别涉及一种简化制程与提高感测准确率的光学编码器及其控制方法。
背景技术
通过感测光的变动所获得的讯号以达到测量机械几何位移量的光学编码器，为使所获得的类比讯号更接近于弦波讯号，常见的技术手段是将透光图案设计为矩形、梯形、菱形、波浪或V字等形状，以获得接近于弦波的类比讯号。
现有技术固然已揭示了通过改变通光图案的形状，可以将感测的类比讯号调整至更接近于弦波值，由于其形状过于复杂，加工上并不便利，而有制程不易的缺点存在。
此外，由于上述图案设计尺寸皆为微米等级，故若以单一透光图案所对应的光感测单元进行取样来判断位移资讯，恐因其所感测到的光强度过低，易受干扰导致资讯不良而造成误判。因此，如何藉由改变透光图案的形状以及感测方式来简化制程与提高感测准确率成为光学编码器的研究方向。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种光学编码器及其控制方法，藉由设计遮罩上透光图案的形状来产生理想的弦波讯号，并利用平均不同感测阵列的感测讯号来提高感测准确率。
为达成上述目的，本发明所提供的光学编码器包括发光元件、码盘、遮罩以及感测元件。码盘设于所述发光元件的一侧，且包括多个记号区。遮罩设于所述码盘相对于所述发光元件的一侧，且包括多个透光图案。感测元件设于所述遮罩相对于该码盘的一侧，且包括一控制单元以及多个对应所述多个透光图案的感测单元，其中所述感测元件包括多个感测阵列，其中各所述感测阵列由至少该两个感测单元组成，且相邻感测阵列中等间距的所述多个感测单元连接至同一讯号传输线。
在本发明的一实施例中，所述感测元件括四组感测阵列，各所述感测阵列由一第一感测单元、一第二感测单元、一第三感测单元以及一第四感测单元组成，且对应各该透光图案的所述多个第一感测单元的讯号传输线呈并联连接、对应各该透光图案的所述多个第二感测单元的讯号传输线呈并联连接、对应各所述透光图案的所述多个第三感测单元的讯号传输线呈并联连接及对应各所述透光图案的所述多个第四感测单元的讯号传输线呈并联连接。
在本发明的一实施例中，所述遮罩的所述多个透光图案呈并排配置。
在本发明的一实施例中，所述码盘的所述多个记号区呈周期性地环形配置。并使所述多个记号区具有可容许光的通过，或可对光进行反射的功能。
在本发明的一实施例中，各所述透光图案包括两个圆形区以及两个连接区，该两个连接区分别介于该两个圆形区之间，且彼此以顶点相接并与邻接的圆形区相切。
在本发明的一实施例中，各所述透光图案包括三个圆形区以及两个连接区，该两个连接区分别介于该三个圆形区之间，且由各该圆形区相邻彼此间的切线形成该多个连接区的边界。
在本发明的一实施例中，所述多个圆形区的半径彼此相异或相同。
在本发明的一实施例中，所述控制单元的控制方法包括接收所述多个感测阵列所述多个讯号传输线的讯号、将来自各该同一讯号传输线的讯号定义为一独立讯号、平均所述多个感测阵列的所述多个独立讯号以取得一感测讯号以及依据所述感测讯号解析出位移资讯。
在本发明的一实施例中，所述控制单元的所述控制方法包括接收对应该多个透光图案的所述多个第一感测单元的讯号传输线为一第一讯号、接收对应所述多个透光图案的所述多个第二感测单元的讯号传输线为一第二讯号、接收对应所述多个透光图案的所述多个第三感测单元的讯号传输线为一第三讯号、接收对应该多个透光图案的所述多个第四感测单元的讯号传输线为一第四讯号以及平均所述第一讯号、所述第二讯号、所述第三讯号以及所述第四讯号以解析出位移资讯。
本发明的优点是：
本发明提供的光学编码器通过设计遮罩上透光图案的形状来产生理想的弦波讯号，并利用平均不同感测阵列的感测讯号来提高感测准确率。
附图说明
图1是本发明光学编码器实施例的结构分解示意图。
图2是本发明实施例遮罩的平面示意图。
图3-1是本发明实施例遮罩上透光图案的示意图。
图3-2是本发明另一实施例遮罩上透光图案的示意图。
图4是本发明实施例感测元件的平面示意图。
图5是本发明实施例控制单元的控制方法流程图。
图6是本发明另一光学编码器实施例的结构分解示意图。
具体实施方式
首先，请参阅图1以及图4，本发明实施例的光学编码器包括一发光元件10、一码盘20、一遮罩30以及一感测元件40。
码盘20设于该发光元件10的一侧，且包括多个周期性地环形配置的记号区21。遮罩30设于码盘20相对于该发光元件10的一侧，且包括多个透光图案31。感测元件40设于遮罩30相对于码盘20的一侧，且包括一控制单元41以及多个对应透光图案31的感测单元42。
本发明实施例的光学编码器设于旋转轴件的端部，藉由感测元件40的感测单元42接收通过码盘20的记号区21以及遮罩30的透光图案31的光线，将接收到的光线转换为电气信号后藉由多个讯号传输线传至控制单元41，进而解析出旋转运动的位移讯号。
请参阅图2以及图3-1，遮罩30的透光图案31呈并排配置，在本实施例中每一透光图案31具有三个圆形区311以及两个连接区312，其中两个连接区312分别介于该三个圆形区311之间，且由各该圆形区311相邻彼此间的切线形成该多个连接区312的边界。在本实施例中，三个圆形区311分别具有相异的半径，但并不以此为限，在其他的实施例中该三个圆形区311可具有相同的半径。
请参阅图3-2，在另一透光图案31的实施例中，每一透光图案31包括两个圆形区311以及两个连接区312，该两个连接区312分别介于该两个圆形区311之间，且彼此以顶点相接并与邻接的圆形区311相切。在本实施例中，两个圆形区311分别具有相同的半径，但并不以此为限，在其他的实施例中该两个圆形区311可具有相异的半径。
请参阅图4以及图5，感测元件40包括四组感测阵列421，各该感测阵列421由第一感测单元42a、第二感测单元42b、第三感测单元42c以及第四感测单元42d组成，其中该多个感测单元42具有对应的透光图案31。相邻感测阵列421中的该多个第一感测单元42a具有相同的间距d1，并连接至同一讯号传输线43呈并联连接；相邻感测阵列421中的该多个第二感测单元42b具有相同的间距d2，并连接至同一讯号传输线43呈并联连接；相邻感测阵列421中的该多个第三感测单元42c具有相同的间距d3，并连接至同一讯号传输线43呈并联连接；相邻感测阵列421中的该多个第四感测单元42d具有相同的间距d4，并连接至同一讯号传输线43呈并联连接。该多个讯号传输线43分别连接于控制单元41以及各感测单元42之间，以将接收到的光线转换为电气信号后传输线传至该控制单元41。
藉由上述的感测单元42与讯号传输线43的配置，控制单元41接收该多个讯号传输线43的讯号后，将来自同一讯号传输线43之讯号定义为一独立讯号，并平均该多个独立讯号以取得一感测讯号，最后依据该感测讯号解析出位移资讯。
在本实施例中，控制单元41接收对应该多个透光图案31的该多个第一感测单元42a的讯号传输线43为一第一讯号；接收对应该多个透光图案31的该多个第二感测单元42b的讯号传输线43为一第二讯号；接收对应该多个透光图案31的该多个第三感测单元42c的讯号传输线43为一第三讯号；接收对应该多个透光图案31的该多个第四感测单元42d的讯号传输线43为一第四讯号，再通过平均该第一讯号、该第二讯号、该第三讯号以及该第四讯号，以解析出位移资讯。
上述是以记号区21为可容许光通过的狭缝构造的穿透式光学编码器做为实施例说明，然而本发明亦可应用于反射式光学编码器(如图6所示)，其结构与穿透式光学编码器的差异仅在于遮罩30a与感测元件40a是与发光元件10a设置于码盘20a的同一侧，藉由在码盘20a表面上设置高反射率镀膜构成各记号区21a将光线反射，使感测元件40a的感测单元42a接收通过透光图案31a的光线，将接收到的光线转换为电气信号后藉由多个讯号传输线传至控制单元41，进而解析出旋转运动的位移资讯。此外，遮罩30a与感测元件40a在其他实施例中亦可整合成单一元件，并不限于上述实施例所揭露的分离式设计。
综上所述，本发明藉由设计遮罩30上透光图案31的形状来产生理想的弦波讯号，并利用平均不同感测阵列421的感测讯号来提高感测准确率。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光学编码器，包括：
一发光元件；
一码盘，设于所述发光元件的一侧，且包括多个呈周期性环形配置而可容许光通过或对光进行反射的记号区；
一遮罩，包括多个呈并排配置的透光图案；以及
一感测元件，包括一控制单元以及多个对应所述多个透光图案的感测单元，其中所述多个感测单元接收经由所述遮罩记号区以及所述多个透光图案的光线，将接收到的光线转换为电气信号后藉由多个讯号传输线传至所述控制单元；
其特征在于：
所述感测元件包括多个感测阵列，其中各所述感测阵列由至少所述两个感测单元组成，且相邻感测阵列中等间距的所述多个感测单元连接至同一讯号传输线。
2.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述感测元件包括四组感测阵列，各所述感测阵列由一第一感测单元、一第二感测单元、一第三感测单元以及一第四感测单元组成，且对应各所述透光图案的所述多个第一感测单元的讯号传输线呈并联连接、对应各所述透光图案的所述多个第二感测单元的讯号传输线呈并联连接、对应各所述透光图案的所述多个第三感测单元的讯号传输线呈并联连接及对应各所述透光图案的所述多个第四感测单元的讯号传输线呈并联连接。
3.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述遮罩设于所述码盘相对于所述发光元件的一侧，且所述感测元件设于所述遮罩相对于所述码盘的一侧。
4.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述遮罩、所述感测元件以及所述发光元件设置于所述码盘的同一侧。
5.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，各所述透光图案包括两个圆形区以及两个连接区，所述两个连接区分别介于所述两个圆形区之间，且彼此以顶点相接并与邻接的圆形区相切。
6.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，各所述透光图案包括三个圆形区以及两个连接区，所述两个连接区分别介于所述三个圆形区之间，且由各所述圆形区相邻彼此间的切线形成所述多个连接区的边界。
7.如权利要求5或6所述的光学编码器，其特征在于，所述多个圆形区的半径彼此相异或相同。
8.一种权利要求1所述的光学编码器的控制方法，其特征在于，所述控制单元的控制方法包括：
接收所述多个感测阵列所述多个讯号传输线的讯号；
将来自各所述同一讯号传输线的讯号定义为一独立讯号；
平均所述多个感测阵列的所述多个独立讯号，以取得一感测讯号；以及
依据所述感测讯号解析出位移资讯。
9.一种权利要求2所述的光学编码器的控制方法，其特征在于，所述控制单元的所述控制方法包括：
接收对应所述多个透光图案的所述多个第一感测单元的讯号传输线为一第一讯号；
接收对应所述多个透光图案的所述多个第二感测单元的讯号传输线为一第二讯号；
接收对应所述多个透光图案的所述多个第三感测单元的讯号传输线为一第三讯号；
接收对应所述多个透光图案的所述多个第四感测单元的讯号传输线为一第四讯号；以及
平均所述第一讯号、所述第二讯号、所述第三讯号以及所述第四讯号，以解析出位移资讯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910060974.1A CN111457948A (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 光学编码器及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910060974.1A CN111457948A (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 光学编码器及其控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111457948A true CN111457948A (zh) | 2020-07-28 |
Family
ID=71682273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910060974.1A Withdrawn CN111457948A (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 光学编码器及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111457948A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1311852A (zh) * | 1998-07-24 | 2001-09-05 | 毕晓普创新有限公司 | 角度编码器 |
| US20040113058A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-17 | Nidec Copal Corporation | Optical encoder |
| US20040135076A1 (en) * | 2003-01-15 | 2004-07-15 | Xerox Corporation | Method and apparatus for obtaining a high quality sine wave from an analog quadrature encoder |
| CN1521486A (zh) * | 2003-01-31 | 2004-08-18 | ������������ʽ���� | 光电式编码器 |
| DE102008053985A1 (de) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Absolute Winkelcodierung und Winkelmessvorrichtung |
| CN102435216A (zh) * | 2011-09-15 | 2012-05-02 | 成都伊贝基科技有限公司 | 高精度编码轮、及其构成的编码器 |
| US20120217384A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical encoder |
| US20140277730A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus, lens apparatus, image pickup system, and machine tool apparatus |
| EP2869033A1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-06 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Encoder, motor with encoder, and servo system |
-
2019
- 2019-01-22 CN CN201910060974.1A patent/CN111457948A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1311852A (zh) * | 1998-07-24 | 2001-09-05 | 毕晓普创新有限公司 | 角度编码器 |
| US20040113058A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-17 | Nidec Copal Corporation | Optical encoder |
| US20040135076A1 (en) * | 2003-01-15 | 2004-07-15 | Xerox Corporation | Method and apparatus for obtaining a high quality sine wave from an analog quadrature encoder |
| CN1521486A (zh) * | 2003-01-31 | 2004-08-18 | ������������ʽ���� | 光电式编码器 |
| DE102008053985A1 (de) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Absolute Winkelcodierung und Winkelmessvorrichtung |
| US20120217384A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical encoder |
| CN102435216A (zh) * | 2011-09-15 | 2012-05-02 | 成都伊贝基科技有限公司 | 高精度编码轮、及其构成的编码器 |
| US20140277730A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus, lens apparatus, image pickup system, and machine tool apparatus |
| EP2869033A1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-06 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Encoder, motor with encoder, and servo system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6791699B2 (en) | Optical displacement-measuring apparatus | |
| US6635863B1 (en) | Optical encoder | |
| US4952799A (en) | Reflective shaft angle encoder | |
| EP1701138A2 (en) | Photoelectric encoder | |
| CN101438134B (zh) | 旋转编码装置 | |
| CN111457948A (zh) | 光学编码器及其控制方法 | |
| CN203464945U (zh) | 一种单圈绝对值编码盘 | |
| US20080316492A1 (en) | Optical motion identification device utilizing partial total internal reflection light source and/or partial non-total internal reflection light source | |
| KR102239911B1 (ko) | 광학 인코더 및 그의 제어방법 | |
| CN101451870A (zh) | 基于光电收发传感器的计数器及其实现方法 | |
| JP2007071732A (ja) | 光学式絶対値エンコーダ | |
| US10247582B2 (en) | Optical encoding device including an encoding disc having diffracting patterns | |
| JP6775043B2 (ja) | 光学式エンコーダ及びその制御方法 | |
| US20200041312A1 (en) | Optical positioning measurement device | |
| TW202028701A (zh) | 光學編碼器及其控制方法 | |
| US11402554B2 (en) | Index grating of optical encoder | |
| TW201809605A (zh) | 光學編碼器 | |
| CN116295550A (zh) | 一种新型光电编码器码盘设计方法 | |
| US20200271484A1 (en) | Optical encoder and control method thereof | |
| US8537377B2 (en) | Absolute position encoder | |
| TWI734562B (zh) | 光學編碼器之指示光柵 | |
| JP2008241243A (ja) | 光学式エンコーダ | |
| CN114323094B (zh) | 光学编码器及电子设备 | |
| JP4543311B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
| CN215893646U (zh) | 一种高标定余量编码器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200728 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |