CN208887656U - 一种编码器及其光电读数系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种编码器及其光电读数系统，包括主轴方向上依次设置的光源、标尺光栅、指示光栅和光电接收芯片；其中，所述光源为蓝光LED光源。由于蓝光LED光源的波长要远远小于红外或红光的波长，由此具有以下优点：间隙和条纹等级N一定的条件下，光栅刻线密度最高可提升1.4倍，在保证信号的抖动及谐波失真尽量小的基础上，提高编码器的信号幅值和有效分辨力，从而提高整机准确度；由于减小了光源的波长，这样便可增加间隙距离，提高间隙距离调整范围，降低工程化生产难度；蓝光的发光效率高于红光和红外光，提高了光电转换效率，增大信号的峰峰值，提高信噪比，以获得高精度电子细分结果。

Description

一种编码器及其光电读数系统

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，特别涉及一种编码器及其光电读数系统。

背景技术

当前，光电编码器是一种应用比较广的编码器，参见图1所示，编码器的光电读数系统包括LED光源11、标尺光栅12、指示光栅13、光电接收芯片14和主轴15。当编码器工作旋转时，主轴15带动标尺光栅12旋转，LED光源11发射垂直透射光，光线通过标尺光栅12形成明暗等间隔的光信号，经指示光栅13调制，被光电接收芯片14接收，产生可被电子元器件识别的电脉冲信号，经过放大、整形、细分、对径相加、校正、译码等处理方法，最终将光电信号转换成计算机可识别的数字模拟量，显示角位移信息。

传统编码器的光电读数系统采用红外LED或红光LED，红外LED波长选用范围一般为820～880nm，红光LED波长选用范围一般为600～700nm，这两种方案技术成熟，生产成本低，配合光电接收装置，形成光电读数系统。然而，现有的技术方案由于采用红外或红色可见光作为光源，导致存在以下缺陷：

1、当入射光为红外或红光时，对于标尺光栅栅距小于10um的光电读数系统，会产生较大的干扰和噪声，影响原始信号质量，不利于后续信号处理，严重影响编码器的整机准确度；

2、在标尺光栅线密度一定的条件下，栅距d为定值，光源波长与间隙大小成反比，具体的关系式如下：

式中，δ表示标尺光栅和指示光栅的间隙；N表示条纹等级；d表示栅距；λ表示光源波长。

在编码器外形尺寸一定的情况下，间隙δ和条纹等级N已知，光栅栅距d随光源波长λ的增大而减小，故使用红外或红光LED作为光源时，同等半径可刻划的栅线数量较少，直刻位数低，增加了细分电路的难度，使编码器的整机分辨力下降，测角误差较大，准确度不好。

3、根据公式(1)，在标尺光栅栅距d为定值条件下，光源波长与间隙大小成反比，红外、红光波长较长，则间隙可调范围随之变小，无法满足编码器的装调工艺需求。

4、光电接收芯片的信号对比度低，标尺光栅旋转时，产生信号高低电平的峰峰值小。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种编码器及其光电读数系统，能够有效地解决上述技术问题。其具体方案如下：

第一方面，本实用新型公开了一种编码器的光电读数系统，包括所述编码器的主轴方向上依次设置的光源、标尺光栅、指示光栅和光电接收芯片；其中，

所述光源为蓝光LED光源。

可选的，所述蓝光LED光源为波长范围为440至480纳米的LED光源。

可选的，所述标尺光栅的栅距为3至20微米。

可选的，所述指示光栅上的光电接收窗口为四相光电接收窗口。

可选的，所述指示光栅上设有多组所述四相光电接收窗口。

可选的，所述指示光栅与所述光电接收芯片之间形成一体化封装结构。

可选的，所述指示光栅安装至所述光电接收芯片的预设透明垫片上，以形成所述一体化封装结构。

可选的，所述光电接收芯片上还设有透明保护层，用于保护安装至所述预设透明垫片的所述指示光栅；

其中，所述透明保护层为可打开的透明保护层。

可选的，所述一体化封装结构为通过在所述光电接收芯片的保护玻璃上刻划光栅以形成所述指示光栅后所得到的一体化封装结构。

第二方面，本实用新型还公开了一种编码器，包括前述公开的光电读数系统。

可见，本实用新型中，编码器中的光源是蓝光LED光源，由于蓝光LED光源的波长要远远小于红外或红光的波长，由此具有以下优点：1、根据公式(1)可知，间隙和条纹等级N一定的条件下，光栅刻线密度最高可提升1.4倍，在保证信号的抖动及谐波失真尽量小的基础上，提高编码器的信号幅值和有效分辨力，从而提高整机准确度；2、由于减小了光源的波长，这样便可增加间隙距离，提高间隙距离调整范围，降低工程化生产难度；3、蓝光的发光效率高于红光和红外光，提高了光电转换效率，增大信号的峰峰值，提高信噪比，以获得高精度电子细分结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的编码器光电读数系统的结构图；

图2为本实用新型公开的编码器光电读数系统结构图；

图3为指示光栅的一种光电接收窗口示意图；

图4为指示光栅的另一种光电接收窗口示意图；

图5为指示光栅与光电接收芯片的一体封装结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2所示，本实用新型实施例公开了一种编码器的光电读数系统，包括所述编码器的主轴25方向上依次设置的光源21、标尺光栅22、指示光栅23和光电接收芯片24；其中，

所述光源21为蓝光LED光源。

可以理解的是，当编码器工作旋转时，主轴25带动标尺光栅22旋转，蓝光LED光源21发射垂直透射光，光线通过标尺光栅22形成明暗等间隔的光信号，经指示光栅23调制，被光电接收芯片24接收，产生可被电子元器件识别的电脉冲信号，经过放大、整形、细分、对径相加、校正、译码等处理方法，最终将光电信号转换成计算机可识别的数字模拟量，显示角位移信息。

由上可知，本实用新型实施例中，编码器中的光源是蓝光LED光源，由于蓝光LED光源的波长要远远小于红外或红光的波长，由此具有以下优点：1、根据公式(1)可知，间隙和条纹等级N一定的条件下，光栅刻线密度最高可提升1.4倍，在保证信号的抖动及谐波失真尽量小的基础上，提高编码器的信号幅值和有效分辨力，从而提高整机准确度；2、由于减小了光源的波长，这样便可增加间隙距离，提高间隙距离调整范围，降低工程化生产难度；3、蓝光的发光效率高于红光和红外光，提高了光电转换效率，增大信号的峰峰值，提高信噪比，以获得高精度电子细分结果。

本实施例中，所述蓝光LED光源具体可以是波长范围为440至480纳米的LED光源，该波长值远远小于红外波长和红色可见光波长，由此一来，便可以将具有高线密度的标尺光栅应用于本实施例中的编码器，例如，本实施例中的标尺光栅具体可以是栅距为3至20微米的光栅，具有较高的线密度。

参见图3所示，本实施例中所述指示光栅上的光电接收窗口具体可以为四相光电接收窗口，其中，上述四相光电接收窗口包括四个子窗口，每个窗口各自对应一个相位，也即，上述四个子窗口分别对应0°、90°、180°和270°，每个子窗口可以接收多条刻线的光电信号，取平均后所输出的数据为该子窗口的最终值。

为了进一步提高读数系统的抗污染能力、减少误差，本实施例的所述指示光栅上可以设有多组所述四相光电接收窗口，具体如图4所示。由此一来，本实施例具体是在原单个窗口平均输出的基础上，采用多阵列扫描技术，四个相位均在整个读数窗口等间隔采样，增大单一相位的采样范围，提高读数系统的抗污染能力，减小波形突变，减小相邻信号误差；平均小角度范围内刻划误差、刻线位置误差、黑白比误差等引起的角度误差，提高波形一致性，以获取高质量、稳定的原始信号。需要指出的是，采用上述多阵列技术之后，栅距d的取值范围具体可以是3至20微米。

进一步的，考虑到现有技术是将指示光栅粘贴在支架上的，这样很容易出现由于涂胶不均匀而导致的指示光栅与标尺光栅的平行度下降的情况，从而引入测角误差，为此，本实施例中，参见图2以及图5所示，所述指示光栅与所述光电接收芯片之间可以形成一体化封装结构，从而解决了由于涂胶不均匀而引起的测角误差，提高了装配精度，减小了信号接收端的体积，从而增大了可调间隙，并且由此也减少了光电读数系统的装配零件，以使结构更加紧凑稳定，具备更高的抗冲击震动能力，

在一种具体实施方式中，所述指示光栅与所述光电接收芯片之间形成的一体化封装结构具体可以为通过在所述光电接收芯片的保护玻璃上刻划光栅以形成所述指示光栅后所得到的一体化封装结构，也即，本实施例中的上述一体化封装结构是通过在光电接收芯片原本就有的保护玻璃上刻划光栅的方式来形成上述指示光栅后得到的结构，这样可以在最大程度上保证光电接收芯片和指示光栅之间所形成的一体化封装结构的紧密性，极大地缩小了光电读数系统的内部体积。可以理解的是，本实施例具体可以在光电接收芯片的保护玻璃的内表面上刻划光栅以形成上述指示光栅。

在另一种具体实施方式中，所述指示光栅可以安装至所述光电接收芯片的预设透明垫片上，以形成所述一体化封装结构。也即，本实施例预先在光电接收芯片上设置了一个透明垫片，并且该透明垫片上设有相应的安装部，通过该安装部，可以将指示光栅安装到上述透明垫片上。其中，关于上述安装部对应的安装方式可以是任何可行的安装方式，在此不进行具体限定。

另外，考虑到指示光栅和光电接收芯片的精密性，为了尽量减少外界对它们的污染，本实施例还可以在所述光电接收芯片上设有透明保护层，用于保护安装至所述预设透明垫片的所述指示光栅。

进一步的，为了方便对上述一体化封装结构中的指示光栅进行维护，本实施例中，所述透明保护层具体可以是可打开的透明保护层，也即，既可以是通过拆卸方式打开的透明保护层，也可以是通过翻转方式打开的透明保护层，还可以是通过推拉方式打开的透明保护层。

进一步的，本实用新型还公开了一种编码器，其中，该编码器包括前述公开的光电读数系统，关于该光电读数系统的具体构造可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种编码器的光电读数系统，其特征在于，包括所述编码器的主轴方向上依次设置的光源、标尺光栅、指示光栅和光电接收芯片；其中，

所述光源为蓝光LED光源。

2.根据权利要求1所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述蓝光LED光源为波长范围为440至480纳米的LED光源。

3.根据权利要求1所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述标尺光栅的栅距为3至20微米。

4.根据权利要求1所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述指示光栅上的光电接收窗口为四相光电接收窗口。

5.根据权利要求4所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述指示光栅上设有多组所述四相光电接收窗口。

6.根据权利要求1至5任一项所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述指示光栅与所述光电接收芯片之间形成一体化封装结构。

7.根据权利要求6所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述指示光栅安装至所述光电接收芯片的预设透明垫片上，以形成所述一体化封装结构。

8.根据权利要求7所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述光电接收芯片上还设有透明保护层，用于保护安装至所述预设透明垫片的所述指示光栅；

其中，所述透明保护层为可打开的透明保护层。

9.根据权利要求6所述的编码器的光电读数系统，其特征在于，

所述一体化封装结构为通过在所述光电接收芯片的保护玻璃上刻划光栅以形成所述指示光栅后所得到的一体化封装结构。

10.一种编码器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光电读数系统。