CN113970347A - 光学编码器的指示光栅 - Google Patents

光学编码器的指示光栅 Download PDF

Info

Publication number
CN113970347A
CN113970347A CN202010722345.3A CN202010722345A CN113970347A CN 113970347 A CN113970347 A CN 113970347A CN 202010722345 A CN202010722345 A CN 202010722345A CN 113970347 A CN113970347 A CN 113970347A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
shape
transmitting
grating
areas
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.)
Granted
Application number
CN202010722345.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113970347B (zh
Inventor
黄庭纬
刘金松
陈灿林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiwin Mikrosystem Corp
Original Assignee
Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hiwin Mikrosystem Corp filed Critical Hiwin Mikrosystem Corp
Priority to CN202010722345.3A priority Critical patent/CN113970347B/zh
Publication of CN113970347A publication Critical patent/CN113970347A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113970347B publication Critical patent/CN113970347B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • 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
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明所提供光学编码器的指示光栅，其主要的技术特征为提高光栅于单位面积内的可透光面积比例，从而增加光源的利用效率与讯号的强度，并可降粉尘等异物所造成的阻光占比，进而减少其对于光强度的影响程度，以提高光学编码器的感测精度。

Description

光学编码器的指示光栅
技术领域
本发明与位置感测技术有关，特别是关于一种光学编码器的指示光栅。
背景技术
以弦波讯号解析位置的编码器，利用光感测器接收在码盘旋转下的不同光强度变化，再经由解析以获得当下的位置，而为了产出理想的弦波，降低解析所需的运算量，并得到应用元件的精确定位，在公知技术中遂有透过改变光接收面积的形状、光遮罩的形状或光栅的形状等手段，来获得码盘旋转时的理想光强度变化的结果。
请参阅图1所示公知的指示光栅构造，其系于一栅板(1)上设有多个彼此依序并列且概呈8字形状的透光区(2)，借以改变光源经由主光栅的透出或反射、再通过指示光栅后，可被光学感测元件所感测的光强度变化，以获得趋近于理想的弦波信号，从而提高解析的精度以获得准确的位置。
惟，由于精密机械对于位置解析精度的要求日益增加，而如图1所示的公知技术，由于其透光区(2)的技术内容仍未臻于完善，致使其所能提供的解析精度、准确性乃至于免受干扰的能力等均有其局限性，难以完全满足精密机械所要求的精度。
发明内容
因此，本发明的主要目的即系在提供一种光学编码器的指示光栅，其可提高光学编码器的光源利用效率、加强讯号强度且降低异物所致的干扰程度。
为达成上述目的，本发明所提供光学编码器的指示光栅，其主要的技术特征乃系提高光栅于单位面积内的可透光面积比例，从而增加光源的利用效率与讯号的强度，并可降粉尘等异物所造成的阻光占比，进而减少其对于光强度的影响程度，以提高光学编码器的感测精度。
本发明为提高单位面积内的可透光区域占比，所提供的技术乃系使光学编码器的指示光栅具有形状相同的多个第一透光区与多个第二透光区，彼此交错地依序排列于一栅板上，并令该些第一透光区系偏近于该栅板的一第一侧而远离与该第一侧相背的一第二侧，同时令该些第二透光区系偏近于该第二侧而远离该第一侧，以及使该些第一透光区及该些第二透光区在形状上介于一第一端与一第二端的长度彼此相同，并使形状上的宽度自该第一端往该第二端方向渐增，同时使该些第一透光区的第二端系介于自身的第一端与该第一侧之间，该些第二透光区的第二端则介于自身的第一端与该第二侧之间，且其中，彼此相邻的该第一透光区的第二端与该第二透光区的第二端间的距离(D)，与该第一透光区或该第二透光区在形状上的长度(L)，并满足式:L≦D<2L。借此即可在单位面积中，增加该些第一透光区与该些第二透光区的所提供的透光区域面积占比，以达成上述的目的及功效。
其中，该长度(L)与该距离(D)间的较佳比为D＝1.274L或D＝1.196L。
进一步地，使感测讯号更趋近于理想的弦波讯号，可使该各该第一端与各该第二端的形状分别为圆形、椭圆、抛物或双曲的形状，该第一端的直径小于各该第二端的直径，同时使随着长轴方向变化的宽度使其在第一端与第二端之间形成梯形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为公知指示光栅的平面图。
图2A为本发明一较佳实施例的示意图，为显示穿透型的主光栅。
图2B为本发明一较佳实施例的示意图，为显示反射型的主光栅。
图3为本发明一较佳实施例中指示光栅的平面图。
图4为本发明一较佳实施例沿图3的A部位的局部放大图。
其中，(1)栅板；(2)透光区；(10)光学编码器；(20)光源；(30)主光栅；(40)指示光栅；(41)栅板；(411)第一侧；(412)第二侧；(42)第一透光区；(421)(431)第一端；(422)(432)第二端；(423)(433)梯形区域；(43)第二透光区；(50)光学感测部；(W1)(W2)宽度；(D)距离(L)长度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，请参阅图2A、图2B与图3所示，在本发明一较佳实施例中所提供的光学编码器(10)，其主要包含了有一光源(20)、一主光栅(30)、一指示光栅(40)以及一光学感测部(50)。
该光学编码器(10)的作用原理与构成元件间的相对空间位置关系与公知技术所揭者相仿，为透过该光源(20)所产生的光，在经由该主光栅(30)即码盘将光进行反射(如图2B所示)或容许光的通过(如图2A所示)后，再经由该指示光栅(40)而为该光学感测部(50)所感测，通过该光学感测部(50)所感测的光强度变化，所获得的讯号即得作为运算的基础，以解析该主光栅(30)所连接的旋转元件的旋转角度位置，以利于进行控制，而其中，该光学感测部(50)系可包含有多个的感光元件，惟此属公知技术所已公开且非本发明所欲改良的技术标的，故于此并无加以赘述的必要性。
而其中，该指示光栅(40)在构造上系包含了有一栅板(41)、多个的第一透光区(42)与多个的第二透光区(43)。
该栅板(41)的形状与尺寸，系可适于被安装于该光学感测部(50)上，于本实施例中则以矩形的板状体为例。
各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)的彼此分别于该栅板(41)上形成可供光线通过的三维构造，且各自于该栅板(41)的一侧板面上形成相同的二维形状，而依序交错地沿着该栅板(41)的矩形长轴方向排列，以共同地于该栅板(41)上形成可容许光通过的透光区域。
请参阅图4，从各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)于该栅板(41)一侧板面上所形成的二维形状而言，各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)各自在形状上的长度(L)介于一第一端(421)(431)与一第二端(422)(432)之间，并使其形状上的宽度自该第一端(421)(431)往该第二端(422)(432)的方向渐次增加，据以构成邻接第一端部位的宽度(W1)较窄、而邻接第二端宽度的部位则具有较大的宽度(W2)，从而使整体的形状的略呈水滴的形状，更进一步来说，各该第一端(421)(431)与各该第二端(422)(432)的形状分别呈弧状，且其弧形的曲率并得以为圆形、椭圆、抛物或双曲等的曲率相符，而于本实施例中则使各该第一端(421)(431)与各该第二端(422)(432)分别呈圆弧形，并使各该第一端(421)(431)的半径小于各该第二端(422)(432)的半径，以对应于其自身宽度的变化；再者，各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)在形状上的宽度变化，则系分别于各自的形状中，在对应的第一端与第二端之间形成一梯形区域(423)(433)；其中，为便于理解，本发明于图4中绘以虚线作为各该第一端(421)(431)与所对应的梯形区域(423)(433)之间、以及各该第二端(422)(432)与所对应的梯形区域(423)(433)之间的假想分界线，惟该假想分界线于实际上并不存在。
从与该栅板(41)间的相对关系来看：
各该第一透光区(42)系偏近于该栅板(41)矩形长轴一侧的一第一侧(411)而远离与该第一侧(411)相背的一第二侧(412)，并使自身的第二端(422)介于自身的第一端(421)与该第一侧(411)之间；
各该第二透光区(43)则偏近于该第二侧(412)而远离该第一侧(411)，并使自身的第二端(432)介于自身的第一端(431)与该第二侧(412)之间。
而借由各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)彼此交错的相对状态，可使两相邻的第一透光区(42)与第二透光区(43)个别的第二端(422)(432)相互间的距离(D)，小于其各自在形状上的长度(L)的两倍，从而可达到使各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)在该栅板(41)的单位面积范围内所提供的透光区域面积。
进一步地，通过改变各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)彼此交错的深度，系可使该光学感测部(50)所感测的光强度变化更趋近于弦波讯号，以及更增加单位面积内的透光区域占比，以达到更佳的光源利用，从而使该光学感测部(50)得以在更高的透光区域占比下，增加其所具有的感光元件(图上未示)数量，据以改善因光强不均所造成的误差，同时可以在有异物影响光行进所产生的异常讯号下，由高密度设置的感光元件降低异常讯号的影响程度，从而使得该光学编码器(10)得以提供精度更佳的感测结果。
在可行的实施条件下，各该第一透光区(42)与各该第二透光区(43)彼此间的交错深度，以满足式：L≦D<2L即可达成本发明的目的与功效，而在更佳的实施例中，则可使D＝1.274L或D＝1.196L，在此条件下于某些装置的应用时，该光学编码器(10)系可获得相对更佳的感测精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种光学编码器的指示光栅，其特征在于，包括有：
一栅板；
多个第一透光区依序地排列于该栅板上；
多个第二透光区依序地排列于该栅板上，并分别介于各该第一透光区的相邻彼此间；其中，
该些第一透光区系偏近于该栅板的一第一侧而远离与该第一侧相背的一第二侧，该些第二透光区则偏近于该第二侧而远离该第一侧；
各该第一透光区与各该第二透光区系具有相同的形状，并使各自形状上的长度介于一第一端与一第二端间，以及使形状的宽度自该第一端往该第二端方向渐增，同时使该些第一透光区个别形状的第二端介于自身的第一端与该第一侧之间，以及使该些第二透光区个别形状的第二端系介于自身的第一端与该第二侧之间；以及
彼此相邻的该第一透光区的第二端与该第二透光区的第二端间的距离(D)，与第一透光区或该第二透光区在形状上的长度(L)，系满足下式：L≦D<2L。
2.根据权利要求1所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，D＝1.274L。
3.根据权利要求1所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，D＝1.196L。
4.根据权利要求1所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，各该第一端的形状分别为圆形、椭圆、抛物或双曲形状的一部分。
5.根据权利要求4所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，各该第二端的形状分别为圆形、椭圆、抛物或双曲形状的一部分。
6.根据权利要求5所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，各该第一端的直径小于各该第二端的直径。
7.根据权利要求1或6所述光学编码器的指示光栅，其特征在于，各该第一透光区与各该第二透光区各自在形状上介于该第一端与该二端之间的部位，分别呈梯形。
CN202010722345.3A 2020-07-24 2020-07-24 光学编码器的指示光栅 Active CN113970347B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010722345.3A CN113970347B (zh) 2020-07-24 2020-07-24 光学编码器的指示光栅

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010722345.3A CN113970347B (zh) 2020-07-24 2020-07-24 光学编码器的指示光栅

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113970347A true CN113970347A (zh) 2022-01-25
CN113970347B CN113970347B (zh) 2024-05-24

Family

ID=79585673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010722345.3A Active CN113970347B (zh) 2020-07-24 2020-07-24 光学编码器的指示光栅

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113970347B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6073418A (ja) * 1983-09-30 1985-04-25 Yokogawa Hokushin Electric Corp 変位変換器
JPH0587590A (ja) * 1991-03-12 1993-04-06 Canon Electron Inc エンコーダ
JPH10221121A (ja) * 1996-05-20 1998-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学式エンコーダおよび位置検出方法
JP2004219422A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Xerox Corp アナログ直交位相エンコーダから高品質の正弦曲線を求める方法および装置
CN1975340A (zh) * 2005-11-28 2007-06-06 安华高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司 具有正弦型光检测器输出信号的光学编码器
CN102564478A (zh) * 2010-10-27 2012-07-11 安华高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司 用于提高编码器的分辨率的内插方法和装置
CN103591896A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 重庆理工大学 一种基于交变光场的时栅直线位移传感器
CN204575098U (zh) * 2015-05-18 2015-08-19 新科实业有限公司 光电编码器
TWI610063B (zh) * 2016-09-02 2018-01-01 大銀微系統股份有限公司 光學編碼器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6073418A (ja) * 1983-09-30 1985-04-25 Yokogawa Hokushin Electric Corp 変位変換器
JPH0587590A (ja) * 1991-03-12 1993-04-06 Canon Electron Inc エンコーダ
JPH10221121A (ja) * 1996-05-20 1998-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学式エンコーダおよび位置検出方法
JP2004219422A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Xerox Corp アナログ直交位相エンコーダから高品質の正弦曲線を求める方法および装置
CN1975340A (zh) * 2005-11-28 2007-06-06 安华高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司 具有正弦型光检测器输出信号的光学编码器
CN102564478A (zh) * 2010-10-27 2012-07-11 安华高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司 用于提高编码器的分辨率的内插方法和装置
CN103591896A (zh) * 2013-11-29 2014-02-19 重庆理工大学 一种基于交变光场的时栅直线位移传感器
CN204575098U (zh) * 2015-05-18 2015-08-19 新科实业有限公司 光电编码器
TWI610063B (zh) * 2016-09-02 2018-01-01 大銀微系統股份有限公司 光學編碼器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUROKAWA, S等: "Development of a grating disk of a microrotary encoder for measurement of meshing accuracy of microgears", INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, 31 December 2010 (2010-12-31) *
张海涛, 巩马理, 赵达尊, 闫平, 崔瑞祯, 贾维溥: "高密度光盘存储中的梯形光栅设计和误差分析", 光学学报, 17 January 2002 (2002-01-17) *
李葆勇;王显军;: "光电轴角编码器的原理及应用", 伺服控制, 15 December 2008 (2008-12-15) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113970347B (zh) 2024-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8124928B2 (en) Optical encoder comprising two pattern arrays and several bell shaped light guides
EP2869032B1 (en) Encoder, motor with encoder, and servo system
US7470892B2 (en) Optical encoder
CN107044863B (zh) 光学扫描式导光编码器
EP0431976A2 (en) Apparatus for and methods of optical encoding
JP2007212457A (ja) バックグラウンドノイズを低減した反射型エンコーダ
WO2005050141A1 (ja) 光学式エンコーダ
JP2690680B2 (ja) 光電式エンコーダ
CN113970347A (zh) 光学编码器的指示光栅
KR101341080B1 (ko) 광학 인코더
CN101438134B (zh) 旋转编码装置
US11402554B2 (en) Index grating of optical encoder
TWI734562B (zh) 光學編碼器之指示光柵
KR102368730B1 (ko) 광학 인코더의 인덱스 격자
JP2022026795A (ja) 光学式エンコーダのインデックス格子
JP7544452B2 (ja) 光学エンコーダ
JP4315323B2 (ja) 投影型ロータリエンコーダ
WO2022185990A1 (ja) 光学式エンコーダ
JP3604574B2 (ja) 光学式エンコーダ
KR102239911B1 (ko) 광학 인코더 및 그의 제어방법
JPH0237963B2 (zh)
CN114323094B (zh) 光学编码器及电子设备
CN111457948A (zh) 光学编码器及其控制方法
JP7054914B2 (ja) 反射型光センサ及びそれを用いた反射型エンコーダ
TW202028701A (zh) 光學編碼器及其控制方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant