KR101461524B1 - Optical encoder - Google Patents

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KR101461524B1
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Abstract

본 발명의 광학 인코더는 스케일에 형성된 패턴으로부터 투영된 빛 에너지를 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자 및 상기 수광 소자의 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 전송부를 포함함으로써, 잡음에 강건하다.The optical encoder of the present invention is robust against noise by including a light receiving element for converting light energy projected from a pattern formed on a scale into an electrical signal, and a transmitter for converting an output signal of the light receiving element into a digital signal and outputting the digital signal.

Description

광학 인코더{OPTICAL ENCODER}OPTICAL ENCODER

본 발명은 빛을 이용해 대상물의 회전 각도를 측정할 수 있는 광학 인코더에 관한 것이다.
The present invention relates to an optical encoder capable of measuring a rotation angle of an object using light.

광학 인코더는 폭넓은 다양한 환경에서 사용되어 임의의 기준에 대한 물체의 이동 또는 위치를 결정한다.Optical encoders are used in a wide variety of environments to determine the movement or position of an object with respect to any reference.

일반적인 광학 인코더는 광학 센서 및 인코더 패턴이 사용된다. 광학 센서는 인코더 패턴의 표면에 포커싱된다. 광학 센서가 인코더 패턴을 기준으로 이동하거나 인코더 패턴이 광학 센서를 기준으로 이동할 때, 광학 센서는 인코더 패턴을 통과하거나 인코더 패턴에서 반사된 광 패턴을 판독하여 이동 또는 위치를 검출한다.Typical optical encoders use optical sensors and encoder patterns. The optical sensor is focused on the surface of the encoder pattern. When the optical sensor moves relative to the encoder pattern or when the encoder pattern moves relative to the optical sensor, the optical sensor detects the movement or position by passing the encoder pattern or reading the reflected light pattern from the encoder pattern.

최근, 데이터의 전달 과정에서 유입되는 잡음에 강건한 인코더에 대한 요구가 증가하고 있다.In recent years, there is an increasing demand for robust robustness to noise introduced in the data transmission process.

한국공개특허공보 제2007-0026137호에는 위치 결정시 기준이 되는 인덱스를 검출하는 수단 없이도 인덱스 채널을 검출하는 광학적 인코더가 제공되고 있다. 그러나, 각종 유입 잡음에 대한 후속 처리에 관한 것으로 잡음의 유입을 사전에 방지하는 방안에 대해서는 개시되지 않고 있다.
Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2007-0026137 discloses an optical encoder for detecting an index channel without a means for detecting an index which is a reference in positioning. However, regarding the subsequent processing for various influent noises, no measures for preventing the influx of noise in advance are disclosed.

한국공개특허공보 제2007-0026137호Korean Patent Publication No. 2007-0026137

본 발명은 잡음의 유입을 사전에 차단할 수 있는 광학 인코더를 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide an optical encoder capable of blocking the influx of noise in advance.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.

본 발명의 광학 인코더는 스케일에 형성된 패턴으로부터 투영된 빛 에너지를 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자 및 상기 수광 소자의 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 전송부를 포함할 수 있다.
The optical encoder of the present invention may include a light receiving element for converting the light energy projected from the pattern formed on the scale into an electrical signal and a transmitter for converting the output signal of the light receiving element into a digital signal and outputting the digital signal.

본 발명의 광학 인코더는 수광 소자의 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력함으로써 외부 잡음에 강건하다.The optical encoder of the present invention is robust against external noise by converting the output signal of the light receiving element into a digital signal and outputting it.

아울러, 수광 소자의 출력 신호를 전송하는 새로운 프로토콜을 제시한다.
In addition, a new protocol for transmitting the output signal of the light receiving element is presented.

도 1은 광학 인코더를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 수광부를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 광학 인코더를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 수광부로부터 출력되는 프레임을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 저장부에 디지털 신호가 저장된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6은 프레임 Nx가 생성되는 시간 구간을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing an optical encoder.
2 is a schematic view showing a light receiving unit constituting the optical encoder of the present invention.
3 is a schematic diagram showing an optical encoder of the present invention.
4 is a schematic view showing a frame output from a light receiving unit constituting the optical encoder of the present invention.
5 is a schematic view showing a state where a digital signal is stored in a storage unit constituting the optical encoder of the present invention.
6 is a graph showing a time interval in which a frame N x is generated.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.

도 1은 광학 인코더를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an optical encoder.

도 1에 도시된 광학 인코더(100)는 광원(110), 스케일(120), 수광부(140) 및 수광부(140)에 접속되는 연산부(160)를 포함한다.The optical encoder 100 shown in FIG. 1 includes a calculator 160 connected to a light source 110, a scale 120, a light receiving unit 140, and a light receiving unit 140.

광원(110)으로서, 예컨대 LED나 LD 등이 사용 가능하다.As the light source 110, for example, an LED or an LD can be used.

스케일(120)은 광원(110)과 수광부(140) 사이에 배치되고, 측정 대상인 회전축(150)에 부착될 수 있다. 스케일(120)과 수광부(140)는 상대 이동하면 되므로 회전축(150)에는 스케일(120) 대신 수광부(140)가 부착될 수도 있다. 스케일(120)에는 광원(110)으로부터의 광속을 변조하는 제2 패턴(130)이 원주를 따라 마련되어 있다. 제2 패턴(130)은 회전축(150)의 회전각에 대응하여 패터닝되어 있다. 도 1에서 스케일(120)은 회전축(150)에 적합한 원판형 스케일로 나타내었으나 리니어 인코더에 적용 가능한 판형 스케일일 수도 있다.The scale 120 is disposed between the light source 110 and the light receiving unit 140 and may be attached to the rotating shaft 150 to be measured. The scale 120 and the light receiving unit 140 may move relative to each other so that the light receiving unit 140 may be attached to the rotating shaft 150 instead of the scale 120. [ A second pattern 130 for modulating the light flux from the light source 110 is provided on the scale 120 along the circumference. The second pattern 130 is patterned corresponding to the rotation angle of the rotation shaft 150. In FIG. 1, the scale 120 is shown as a disk-like scale suitable for the rotary shaft 150, but it may be a plate-type scale applicable to a linear encoder.

수광부(140)는 제2 패턴(130)으로부터의 광속을 수광하여 전기 신호로 변환해서 연산부(160)로 출력한다. 구체적으로 수광부(140)는 제1 패턴으로 형성된 하나 이상의 수광 소자(141)를 포함한다. 이때 각 수광 소자(141)는 광속이 수광되면 전기적 신호를 생성하여 연산부(160)로 출력한다.The light receiving unit 140 receives the light flux from the second pattern 130, converts the light flux into an electric signal, and outputs the electric signal to the arithmetic unit 160. More specifically, the light receiving unit 140 includes at least one light receiving element 141 formed in the first pattern. At this time, each light receiving element 141 generates an electrical signal when the light flux is received, and outputs the electrical signal to the operation unit 160.

연산부(160)는 스케일(120) 즉 회전축(150)의 회전 각도 또는 회전 위치를 연산하여 출력한다.The calculation unit 160 calculates and outputs the rotation angle or the rotation position of the scale 120, that is, the rotation axis 150.

도 1의 광학 인코더(100)는 로터리 인코더(rotary encoder)의 경우를 예로 하였으나, 여기에 한정되지 않고, 리니어 인코더(linear encoder) 등에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 도 1에서 수광부(140)는 패턴(130)을 투과한 광원(110)의 광속을 검출하는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 반사광을 검출하도록 구성하여도 좋다.The optical encoder 100 of FIG. 1 is a rotary encoder, but the present invention is not limited thereto. The optical encoder 100 may be applied to a linear encoder or the like. 1, the light receiving unit 140 detects the light flux of the light source 110 transmitted through the pattern 130, but the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 수광부(140)를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view showing a light receiving section 140 constituting the optical encoder of the present invention.

도 2의 수광부(140)는 스케일(120)에 형성된 패턴으로부터 투영된 빛 에너지를 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자(141) 및 수광 소자(141)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 전송부(145)를 포함할 수 있다.2 includes a light receiving element 141 for converting the light energy projected from the pattern formed on the scale 120 into an electrical signal and a transmission unit 141 for converting the output signal of the light receiving element 141 into a digital signal, (Not shown).

스케일(120)에는 복수의 제2 패턴(130)이 회전축(150)을 중심으로 한 트랙의 형태로 형성될 수 있다. 이때의 트랙 또한 스케일(120)에 복수로 마련될 수 있다.A plurality of second patterns 130 may be formed on the scale 120 in the form of a track with the rotation axis 150 as a center. At this time, a plurality of tracks may also be provided on the scale 120.

수광 소자(141) 역시 각 트랙에 대응되도록 마련될 수 있다. 이때, 수광 소자(141)로부터 트랙의 개수와 동일한 수의 트랙 신호가 출력될 수 있다. 제1 패턴과 제2 패턴(130)을 적절하게 구성할 경우 수광 소자(141)로부터 2개의 정현파가 각 트랙 신호로 출력될 수 있다.The light receiving element 141 may also be provided to correspond to each track. At this time, the same number of track signals as the number of tracks from the light receiving element 141 can be output. When the first pattern and the second pattern 130 are properly configured, two sinusoidal waves from the light receiving element 141 can be output as the respective track signals.

수광 소자(141)의 출력 신호는 아날로그 신호이다. 수광 소자(141)의 출력 신호는 아날로그부(143)에서 가공될 수 있다.The output signal of the light receiving element 141 is an analog signal. The output signal of the light receiving element 141 can be processed in the analog section 143.

아날로그부(143)는 수광 소자(141)의 출력 신호를 증폭시키는 증폭기, 광 잡음 등을 포함한 잡음을 제거하는 필터를 포함할 수 있다. 수광 소자(141)의 출력 신호와 마찬가지로 아날로그부(143)의 출력 신호 역시 아날로그 신호이다.The analog section 143 may include an amplifier for amplifying the output signal of the light receiving element 141, and a filter for removing noise including optical noise and the like. Similar to the output signal of the light receiving element 141, the output signal of the analog section 143 is also an analog signal.

수광 소자(141)로부터 출력되거나 아날로그부(143)로부터 출력된 아날로그 신호를 그대로 연산부(160) 등의 외부 기기로 전송하게 되면, 아날로그 신호의 특성상 외부로부터 유입되는 잡음에 취약할 수 있다. 또한, 수광 소자(141)로부터 복수의 트랙 신호가 출력되는 경우 각 트랙 신호를 구분하여 전송하기 위해 각 트랙 신호별로 전송 라인이 마련될 필요가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해 전송부(145)가 이용될 수 있다.If the analog signal output from the light receiving element 141 or the analog signal outputted from the analog section 143 is directly transmitted to an external device such as the operation section 160, the analog signal may be vulnerable to noise introduced from the outside due to the characteristics of the analog signal. In addition, when a plurality of track signals are output from the light receiving element 141, a transmission line needs to be provided for each track signal in order to separately transmit each track signal. The transfer unit 145 may be used to solve this problem.

전송부(145)는 수광 소자(141)의 출력 신호(아날로그부(143)의 출력 신호 포함)를 디지털 신호로 변환시켜 출력할 수 있다.The transmitting unit 145 can convert the output signal of the light receiving element 141 (including the output signal of the analog unit 143) into a digital signal and output it.

전송부(145)에 의하면 수광 소자(141)의 출력 신호가 디지털 신호로 변환된 후 연산부(160) 등의 외부 기기로 전송되므로 잡음에 강건하다. 또한, 복수의 트랙 정보를 하나의 전송 라인을 통해서 송부할 수 있으므로, 외부에 연결된 통신 라인을 간소화시킬 수 있다.According to the transmission unit 145, since the output signal of the light receiving element 141 is converted into a digital signal and then transmitted to an external device such as the arithmetic unit 160, it is robust against noise. In addition, since a plurality of track information can be transmitted through one transmission line, communication lines connected to the outside can be simplified.

수광 소자(141)의 출력 신호에는 복수의 정보가 포함될 수 있으며, 이들을 무분별하게 전송하게 되면 수신측에서는 해당 정보가 무엇에 관한 것인지 알기가 힘들다. 따라서, 수신측에서 정상적으로 수신된 디지털 신호를 활용할 수 있도록 프로토콜을 마련할 필요가 있다.A plurality of pieces of information may be included in the output signal of the light receiving element 141, and if they are transmitted indiscriminately, it is difficult for the receiving side to know what the information is related to. Therefore, it is necessary to provide a protocol so that the receiving side can utilize the digital signal normally received.

먼저, 전송부(145)는 디지털 신호를 프레임 단위로 출력할 수 있다. 이때, 프레임은 시각 t(도 6의 시간 x 구간의 대표 시각일 수 있다)에 수광 소자(141)로부터 출력된 신호에 포함된 각종 정보가 설정 규칙에 따라 배열된 것일 수 있다. 이때의 설정 규칙이 프로토콜의 규약일 수 있다. 이때의 프레임은 일예로 도 4와 같을 수 있다.First, the transmitter 145 can output a digital signal in frame units. At this time, the frame may have various information included in the signal output from the light receiving element 141 at time t (which may be the representative time of the time x section of FIG. 6) arranged according to the setting rule. The configuration rule at this time may be a protocol convention. The frame at this time may be as shown in Fig. 4 for example.

도 4는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 수광부(140)로부터 출력되는 프레임을 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a frame output from the light receiving unit 140 constituting the optical encoder of the present invention.

도 4의 프레임은 헤더(Header), 복수의 제n 트랙 신호(여기서, n은 자연수이다)를 포함할 수 있다. 헤더는 제n 트랙 신호를 서로 구분하는 정보를 포함할 수 있다.The frame of Fig. 4 may include a header, and a plurality of n-th track signals (where n is a natural number). The header may include information for distinguishing the nth track signal from each other.

도 4에는 트랙 신호 N, 트랙 신호 M, 트랙 신호 S 총 3개의 트랙 신호가 순서대로 배열되고 있다. 각 트랜 신호가 사인파와 코사인파를 포함하는 경우 순서대로 N Sin, N Cos, M Sin, M Cos, S Sin, S Cos의 값이 배열될 수 있다. 이때, 같은 트랙의 신호가 연속해서 배열되고, N, M, S 트랙의 순으로 배열되는 등의 규칙이 헤더에 포함될 수 있다. 따라서, 연산부(160) 등의 수신측에서는 헤더를 분석함으로써, 순서대로 배열된 6개의 값이 N Sin, N Cos, M Sin, M Cos, S Sin, S Cos를 나타내는 것을 알 수 있다.In Fig. 4, three track signals, namely, a track signal N, a track signal M, and a track signal S, are arranged in order. The values of N sin, N cos, M sin, M cos, s sin, and s cos may be arranged in order when each trans signal includes a sine wave and a cosine wave. At this time, the header may include rules such that the signals of the same track are arranged consecutively, and N, M, and S tracks are arranged in order. Therefore, on the receiving side of the arithmetic unit 160 or the like, by analyzing the header, it can be seen that the six values arranged in order represent N sin, N cos, M Sin, M cos, S sin, and S cos.

한편, 수광부(140)는 수광 소자(141)의 출력 신호를 분석하여 증분 카운터값을 산출하는 카운터부(183)를 포함할 수 있다. 이때, 프레임은 증분 카운터값을 포함할 수 있다. 도 4에서 증분 카운터값 Inc counter가 헤더와 트랙 신호 N 사이에 배치되고 있다. 증분 카운터값의 배열 위치 역시 헤더에 포함될 수 있다.Meanwhile, the light receiving unit 140 may include a counter unit 183 for analyzing the output signal of the light receiving element 141 and calculating an incremental counter value. At this time, the frame may include an incremental counter value. In Fig. 4, the increment counter value Inc counter is disposed between the header and the track signal N. The array position of the incremental counter value may also be included in the header.

증분 카운터값은 어느 한 트랙의 제2 패턴(130) 중 몇 개의 패턴이 스케일(120)의 회전에 의해 수광 소자(141)를 통과했는지를 나타낼 수 있다. 이러한 증분 카운터값은 상대 각도의 산출 등에 사용될 수 있다.The incremental counter value may indicate how many of the second patterns 130 of a track have passed through the light receiving element 141 by the rotation of the scale 120. [ These incremental counter values can be used for calculating relative angles and the like.

수광 소자(141) 및 전송부(145)는 하나의 IC 회로(집적 회로)로 마련될 수 있다. 이때, 수광부(140)는 IC 회로의 온도를 측정하는 제1 센싱부(181)를 포함할 수 있다. 제1 센싱부(181)에서 측정된 IC 회로의 온도 정보 On-chip Temperature 는 프레임에 포함될 수 있다. 도 4에서 IC 회로의 온도 정보는 트랙 신호 S의 뒤에 배치되고 있으며, 헤더에 배열 위치 정보가 포함될 수 있다.The light receiving element 141 and the transfer section 145 may be provided as one IC circuit (integrated circuit). In this case, the light receiving unit 140 may include a first sensing unit 181 for measuring the temperature of the IC circuit. The temperature information On-chip Temperature of the IC circuit measured by the first sensing unit 181 may be included in the frame. In FIG. 4, the temperature information of the IC circuit is arranged after the track signal S, and the header may include the array position information.

수광부(140)를 구성하는 수광 소자(141)의 온도는 매우 중요한 요인이다. 수광 소자(141)는 스케일(120)에 형성된 패턴으로부터 투영된 빛 에너지를 받게 되며 이에 따라 점진적으로 온도가 올라간다. 온도가 올라가면 수광 소자(141)의 출력 신호의 세기는 줄어들 수 있다. 아날로그부(143)는 이러한 신호 세기의 감소를 감안하여 신호의 세기를 보상할 수 있으나, 허용 가능한 범위 내에서만 가능하다. 따라서, 수광 소자(141)의 온도가 임계값을 넘는지 확인할 필요가 있으며, 이를 위해 제1 센싱부(181)가 이용된다. 수광 소자(141)가 IC 회로의 형태로 마련될 경우 제1 센싱부(181)는 IC 회로의 내부에서 가능한 수광 소자(141)에 가깝게 설치되는 것이 좋다. 제1 센싱부(181)의 출력 결과는 연산부(160) 등에서 이용될 수 있다.The temperature of the light receiving element 141 constituting the light receiving section 140 is a very important factor. The light receiving element 141 receives the projected light energy from the pattern formed on the scale 120, and the temperature gradually rises accordingly. When the temperature rises, the intensity of the output signal of the light receiving element 141 can be reduced. The analog unit 143 can compensate for the strength of the signal in consideration of the reduction in the signal strength, but it is possible within an allowable range. Therefore, it is necessary to check whether the temperature of the light receiving element 141 exceeds the threshold value. To this end, the first sensing unit 181 is used. When the light receiving element 141 is provided in the form of an IC circuit, it is preferable that the first sensing portion 181 is provided as close as possible to the light receiving element 141 inside the IC circuit. The output result of the first sensing unit 181 may be used in the operation unit 160 or the like.

수광 소자(141) 및 전송부(145)는 케이스의 내부에 수용될 수 있다. 이때의 케이스에는 광학 인코더를 구성하는 광원(110), 스케일(120) 등의 다른 부재도 수용될 수 있다. 광학 인코더의 정상적인 구동을 위해서는 케이스 내부의 온도를 측정할 필요가 있다. 특히, 광원(110)의 온도는 광학 인코더의 정상적인 구동에 영향을 미칠 수 있다. 광학 인코더 내에서 광원(110)은 가장 높은 온도를 나타내는 요소이다. 높은 온도가 유지될 경우 광원(110)의 광 생성 효율이 저하되고 이에 따라 광속이 줄어들게 된다. 광속이 줄어드는 것은 곧 수광 소자(141)로부터 출력되는 신호의 세기가 감소됨을 의미한다. 따라서, 광원(110)의 온도를 지속적으로 관찰하고 광원의 온도가 허용 범위를 초과하는지 파악할 필요가 있다. 이를 위해 광학 인코더는 제2 센싱부(182)를 포함할 수 있다.The light receiving element 141 and the transmitting portion 145 can be accommodated inside the case. In this case, other members such as the light source 110, the scale 120, and the like constituting the optical encoder may be accommodated. For normal operation of the optical encoder, it is necessary to measure the temperature inside the case. In particular, the temperature of the light source 110 may affect the normal operation of the optical encoder. Within the optical encoder, the light source 110 is the element that represents the highest temperature. If the high temperature is maintained, the light generating efficiency of the light source 110 is lowered and the light flux is reduced accordingly. The reduction of the light flux means that the intensity of the signal output from the light receiving element 141 is reduced. Therefore, it is necessary to continuously observe the temperature of the light source 110 and determine whether the temperature of the light source exceeds the allowable range. To this end, the optical encoder may include a second sensing portion 182.

제2 센싱부(182)는 광원(110)에 접촉되거나 광원(110)에 가깝게 설치되는 것이 좋다. 그러나 제2 센싱부(182)를 광원(110) 측에 설치할 경우 소형화를 제한할 수 있다.The second sensing unit 182 may be placed in contact with the light source 110 or close to the light source 110. However, when the second sensing unit 182 is provided on the light source 110 side, it is possible to restrict the miniaturization.

제2 센싱부(182)의 출력 신호는 연산부(160) 등의 외부 기기와 통신이 가능한 수광부(140)로 입력되어야 한다. 따라서, 제2 센싱부(182)가 광원(110) 측에 설치될 경우 제2 센싱부(182)의 출력 라인이 스케일(120) 등의 부재를 회피해서 수광부(140)에 연결되어야 한다. 이러한 회피 문제는 광학 인코더의 소형화를 제한하므로 제2 센싱부(182)는 수광부(140) 측에 마련되는 것이 좋다. 스케일(120)을 기준으로 수광부(140) 측에서 광원(110)에 가장 가까운 요소는 수광부(140)이다. 따라서, 제2 센싱부(182)는 수광부(140)가 IC 회로로 마련될 때 해당 IC 회로의 외면 또는 근방에 설치되는 것이 좋다. 이 경우 제2 센싱부(182)에서 측정된 케이스의 내부 온도는 주로 광원(110)의 온도를 감시하는 용도로 사용될 수 있다.The output signal of the second sensing unit 182 must be input to the light receiving unit 140 capable of communicating with an external device such as the operation unit 160. Therefore, when the second sensing unit 182 is installed on the light source 110 side, the output line of the second sensing unit 182 should be connected to the light receiving unit 140 while avoiding the components such as the scale 120. This avoidance problem limits the miniaturization of the optical encoder, so that the second sensing unit 182 is preferably provided on the light receiving unit 140 side. The nearest element to the light source 110 on the side of the light receiving unit 140 with respect to the scale 120 is the light receiving unit 140. Therefore, the second sensing unit 182 may be provided on the outer surface or in the vicinity of the IC circuit when the light receiving unit 140 is provided as an IC circuit. In this case, the internal temperature of the case measured by the second sensing unit 182 can be used mainly for monitoring the temperature of the light source 110.

케이스의 내부 온도 Ext Temperature는 프레임에 포함될 수 있다. 도 4에서 Ext Temperature는 On-chip Temperature의 뒤에 배치되고 있다. On-chip Temperature의 배치 정보는 헤더에 포함될 수 있다.The internal temperature of the case, Ext Temperature, can be included in the frame. In Figure 4, the Ext Temperature is placed after the On-chip Temperature. The configuration information of the on-chip temperature can be included in the header.

헤더 뒤에는 위치 보정 데이터가 포함될 수 있다. 위치 보정 데이터는 연산부 등에서 각 트랙 신호의 연산 처리에 의해 산출된 최종 위치 데이터를 보정하기 위한 데이터이다. 예를 들어 위치 보정 데이터는 스케일에 각 트랙과 별도로 마련된 펄스 생성 패턴으로부터 생성된 펄스파일 수 있다. 도면에서는 프레임을 구성하는 헤더와 Inc counter 사이에 위치 보정 데이터가 배치된 예가 개시된다.Position correction data may be included behind the header. The position correction data is data for correcting the final position data calculated by the arithmetic processing of each track signal in the operation unit or the like. For example, the position correction data may be a pulse file generated from a pulse generation pattern provided separately from each track on the scale. In the figure, an example in which position correction data is arranged between a header constituting a frame and an Inc counter is disclosed.

이상의 내용을 정리하면 디지털 신호를 전송하는 프로토콜로 헤더, 위치 보정 데이터, Inc counter, 복수의 제n 트랙 신호, On-chip Temperature, Ext Temperature가 순서대로 배열된 프레임이 제공된다. 이러한 프로토콜은 광학 인코더의 내부 통신 또는 광학 인코더와 외부 기기의 통신에 적용된 적이 없던 디지털 신호의 전송에 적용될 수 있다.In summary, the protocol for transmitting digital signals includes a header, position correction data, an Inc counter, a plurality of n-th track signals, an On-chip Temperature, and Ext Temperature. Such a protocol can be applied to the internal communication of an optical encoder or the transmission of a digital signal which has never been applied to the communication between an optical encoder and an external device.

수광 소자(141) 또는 아날로그부(143)로부터 출력되는 아날로그 신호에 포함된 제n 트랙 신호 등이 도 4에 도시된 순서로 전송부(145)로 입력되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 카운터부(183), 제1 센싱부(181), 제2 센싱부(182) 등으로부터 출력되는 신호(아날로그 신호이거나 디지털 신호일 수 있다.) 역시 도 4에 도시된 프레임 순서로 전송부(145)로 입력되지 않을 수 있다. 이러한 상황에서도 기설정된 프레임의 배열 순서를 만족시킬 필요가 있으며 이를 위해 전송부(145)는 버퍼(147)를 포함할 수 있다.The n-th track signal included in the analog signal output from the light receiving element 141 or the analog section 143 may not be input to the transmission section 145 in the order shown in Fig. Similarly, signals (analog signals or digital signals) output from the counter unit 183, the first sensing unit 181, the second sensing unit 182, and the like may also be transmitted in the frame order shown in FIG. 4 145 < / RTI > Even in such a situation, it is necessary to satisfy the arrangement order of the predetermined frames. For this purpose, the transmission unit 145 may include the buffer 147.

구체적으로, 전송부(145)는 수광 소자(141)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(146), 디지털 신호를 저장하는 버퍼(147), 버퍼(147)에 저장된 디지털 신호를 프레임 단위로 정리하고 프레임을 출력하는 통신 포트(148)를 포함할 수 있다.More specifically, the transfer unit 145 includes an A / D converter 146 for converting an output signal of the light receiving element 141 into a digital signal, a buffer 147 for storing a digital signal, a digital signal And a communication port 148 for arranging the frames and outputting frames.

버퍼(147)에 의하면 뒤섞여 입력된 각종 정보를 임시로 저장할 수 있다.According to the buffer 147, it is possible to temporarily store various kinds of information inputted in a mixed manner.

통신 포트(148)는 버퍼(147)에 임시 저장된 각종 정보를 분석 및 추출하고 적절하게 정보들을 배열하여 프레임을 생성할 수 있다. 물론 이를 위해서는 통신 포트(148)에는 외부 기기와의 연결 단자 외에 프레임을 생성할 수 있는 디지털 처리 수단이 마련될 수 있다.The communication port 148 can analyze and extract various information temporarily stored in the buffer 147 and generate frames by appropriately arranging information. Of course, the communication port 148 may be provided with a digital processing means for generating a frame in addition to a connection terminal with an external device.

전송부(145)에 의하면 프레임 단위로 디지털 신호가 전송되며, 디지털 신호의 특성상 하나의 통신 라인을 이용하는 직렬 통신 방식이 가능하다. 전송부(145)가 직렬 통신 방식으로 디지털 신호를 출력할 경우 수광부(140)와 연산부(160) 사이의 통신 라인 개수를 최소화시킬 수 있으므로 소형화와 생산성 개선에 유리하다.According to the transmission unit 145, a digital signal is transmitted on a frame-by-frame basis, and a serial communication system using one communication line in terms of the characteristics of a digital signal is possible. The number of communication lines between the light-receiving unit 140 and the calculator 160 can be minimized when the transmitter 145 outputs a digital signal by the serial communication system, which is advantageous for miniaturization and productivity improvement.

도 1에서는 연산부(160)가 광학 인코더에 포함된 것으로 나타내고 있으나, 연산부(160)는 광학 인코더와 별개로 마련될 수도 있다. 직렬 통신 방식을 적용할 경우 전자의 경우 광학 인코더 내부의 통신 라인을 간소화시킬 수 있으며, 후자의 경우 광학 인코더와 외부 연산부(160) 간의 통신 라인을 간소화시킬 수 있다.1, the calculation unit 160 is included in the optical encoder, but the calculation unit 160 may be provided separately from the optical encoder. In the case of the former, the communication line inside the optical encoder can be simplified, and in the latter case, the communication line between the optical encoder and the external operation unit 160 can be simplified.

도 3은 본 발명의 광학 인코더를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram showing an optical encoder of the present invention.

도 3의 광학 인코더는 수광부(140), 스케일(120)의 회전 각도를 산출하는 연산부(160)를 포함할 수 있다. 이때 연산부(160)는 광학 인코더의 외부에 마련되어도 무방하다.The optical encoder of FIG. 3 may include a light receiving unit 140 and an operation unit 160 for calculating the rotation angle of the scale 120. At this time, the calculation unit 160 may be provided outside the optical encoder.

또한, 광학 인코더는 연산부(160)와 수광부(140)의 사이에 배치되는 저장부(170)를 포함할 수 있다.In addition, the optical encoder may include a storage unit 170 disposed between the calculation unit 160 and the light receiving unit 140.

수광부(140)를 구성하는 전송부(145)는 연산부(160) 또는 저장부(170) 중 적어도 하나로 디지털 신호를 전송할 수 있다. 연산부(160)로 전송된 디지털 신호는 스케일(120)의 회전 각도 산출에 이용될 수 있다. 저장부(170)로 전송된 디지털 신호는 연산부(160)에서 필요로 할 때만 추출되어져 회전 각도 산출에 이용될 수 있다.The transmitting unit 145 constituting the light receiving unit 140 may transmit the digital signal to at least one of the calculating unit 160 and the storing unit 170. [ The digital signal transmitted to the calculation unit 160 can be used for calculating the rotation angle of the scale 120. [ The digital signal transmitted to the storage unit 170 can be extracted only when needed by the calculation unit 160 and used for calculating the rotation angle.

저장부(170)의 경우 디지털 신호가 수신된 이후 언제라도 연산부(160) 또는 다른 외부 기기가 해당 디지털 신호를 이용할 수 있도록 일관된 규칙에 따라 디지털 신호를 저장할 수 있다.In the case of the storage unit 170, the digital signal can be stored according to a consistent rule so that the operation unit 160 or another external device can use the digital signal at any time after the digital signal is received.

도 5는 본 발명의 광학 인코더를 구성하는 저장부(170)에 디지털 신호가 저장된 상태를 나타낸 개략도이다.5 is a schematic view showing a state where a digital signal is stored in the storage unit 170 constituting the optical encoder of the present invention.

도 5에 도시된 저장부(170)는 헤더, Inc Counter, N Sin, N Cos, N Sin, M Cos, S Sin, S Cos, On-chip Temperature, Ext Temperature의 순서로 프레임 N1, N2,...,Nx,...의 정보가 저장되고 있다. 이렇게 저장된 디지털 정보는 추후 연산부(160) 등 다른 기기에서 용이하게 이용할 수 있다. 도 5와 같은 배열은 전송부(145)로부터 수신된 도 4의 프레임 Nx를 순서대로 저장하는 것으로 완료될 수 있다. 따라서, 전송부(145)에서 프레임 단위로 디지털 신호를 전송하면 도 5와 같은 데이터베이스의 생성에도 유리하다.5 stores the frames N 1 and N 2 in the order of the header, Inc Counter, N Sin, N Cos, N Sin, M Cos, S Sin, S Cos, On- , ..., N x , ... are stored. The digital information thus stored can be easily used by other devices such as the arithmetic unit 160 in the future. The arrangement as shown in FIG. 5 can be completed by sequentially storing the frames N x of FIG. 4 received from the transmitting unit 145. Therefore, if the transmission unit 145 transmits a digital signal on a frame-by-frame basis, it is advantageous to generate a database as shown in FIG.

참고로, 프레임 Nx에서 x는 시각을 나타낼 수 있다.For reference, x in the frame N x may represent the time.

도 6은 프레임 Nx가 생성되는 시간 구간을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a time interval in which a frame N x is generated.

프레임 N1은 시간 1 구간에 생성된 프레임이다. 이론적으로 시간 t는 무한대의 분해능으로 분해될 수 있으나, A/D 변환기(146)의 한계로 시간 t는 1, 2,...,x,...와 같이 하나의 값으로 표현되는 복수 구간으로 구분될 수 있다. 시간 1 구간에서 트랙 신호는 여러 다른 값을 가질 수 있으며, 이 중 어느 하나의 값을 특정해야 한다. 이때의 특정값은 시간 1 구간 동안의 값의 최소값, 최대값, 평균값 등일 수 있다. N1은 시간 1 구간의 특정값을 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로 Nx는 시간 x 구간의 특정값들을 포함할 수 있다.The frame N 1 is a frame generated in the time 1 interval. Theoretically, time t can be decomposed into infinite resolution, but time t can be divided into a plurality of sections represented by one value such as 1, 2, ..., x, ... with the limit of A / . At time 1, the track signal can have several different values, and one of these values must be specified. The specific value at this time may be a minimum value, a maximum value, an average value, etc. of the value during the time 1 interval. N 1 may include a specific value of the time 1 interval. Likewise, N x may include certain values of time x interval.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

110...광원 120...스케일
130...제2 패턴 140...수광부
141...수광 소자 143...아날로그부
145...전송부 146...A/D 변환기
147...버퍼 148...통신 포트
150...회전축 160...연산부
170...저장부 181...제1 센싱부
182...제2 센싱부 183...카운터부110 ... light source 120 ... scale
130 ... second pattern 140 ... light receiving portion
141 ... light receiving element 143 ... analog part
145 ... transmission unit 146 ... A / D converter
147 ... buffer 148 ... communication port
150 ... rotation shaft 160 ... operation unit
170 ... storage unit 181 ... first sensing unit
182 ... second sensing section 183 ... counter section

Claims (9)

스케일에 형성된 패턴으로부터 투영된 빛 에너지를 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자;
상기 수광 소자의 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 전송부;
상기 스케일의 회전 각도를 산출하는 연산부; 및
상기 연산부와 상기 수광 소자의 사이에 배치되고, 상기 연산부의 접근이 허용된 저장부;를 포함하고,
상기 전송부에는 상기 수광 소자의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기, 상기 디지털 신호를 저장하는 버퍼, 상기 버퍼에 저장된 디지털 신호를 프레임 단위로 정리하고 직렬 통신 방식으로 상기 프레임을 출력하는 통신 포트가 마련되며,
상기 프레임은 시각 t에 상기 수광 소자로부터 출력된 신호에 포함된 각종 정보가 설정 규칙에 따라 배열된 것이고,
상기 프레임에는 헤더, 복수의 제n 트랙 신호(여기서, n은 자연수이다)가 마련되며,
상기 헤더는 상기 제n 트랙 신호를 서로 구분하는 정보를 포함하고,
상기 저장부는 상기 전송부로부터 수신된 상기 프레임을 순서대로 저장하며,
상기 저장부에 저장된 상기 프레임은 상기 연산부에서 필요로 할 때만 상기 저장부로부터 추출되는 광학 인코더.
A light receiving element for converting the light energy projected from the pattern formed on the scale into an electrical signal;
A transfer unit for converting an output signal of the light receiving element into a digital signal and outputting the digital signal;
An arithmetic unit for calculating a rotation angle of the scale; And
And a storage unit disposed between the operation unit and the light receiving device and allowed to be accessed by the operation unit,
The transmitter includes an A / D converter for converting an output signal of the light receiving element into a digital signal, a buffer for storing the digital signal, a digital signal processor for arranging the digital signals stored in the buffer in frame units, A communication port is provided,
Wherein the frame includes various information included in a signal output from the light receiving element at time t, arranged according to a setting rule,
The frame includes a header and a plurality of n-th track signals (where n is a natural number)
Wherein the header includes information for distinguishing the n-th track signal from each other,
Wherein the storage unit sequentially stores the frames received from the transmission unit,
Wherein the frame stored in the storage unit is extracted from the storage unit only when necessary in the operation unit.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수광 소자의 출력 신호를 분석하여 증분 카운터값을 산출하는 카운터부;를 포함하고,
상기 프레임은 상기 증분 카운터값을 포함하는 광학 인코더.
The method according to claim 1,
And a counter section for analyzing an output signal of the light receiving element and calculating an incremental counter value,
Wherein the frame comprises the incremental counter value.
제1항에 있어서,
상기 수광 소자 및 상기 전송부는 하나의 IC 회로로 마련되며,
상기 IC 회로의 온도를 측정하는 제1 센싱부;를 포함하고,
상기 프레임은 상기 IC 회로의 온도 정보를 포함하는 광학 인코더.
The method according to claim 1,
The light receiving element and the transfer section are provided as one IC circuit,
And a first sensing unit for measuring a temperature of the IC circuit,
And the frame includes temperature information of the IC circuit.
제1항에 있어서,
상기 수광 소자 및 상기 전송부는 케이스의 내부에 수용되며,
상기 케이스의 내부 온도를 측정하는 제2 센싱부;를 포함하고,
상기 프레임은 상기 케이스의 내부 온도 정보를 포함하는 광학 인코더.The method according to claim 1,
The light receiving element and the transfer portion are housed inside the case,
And a second sensing unit for measuring an internal temperature of the case,
Wherein the frame includes internal temperature information of the case. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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