KR102368730B1 - 광학 인코더의 인덱스 격자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 제공하는 광학 인코더의 인덱스 격자의 주요 기술적 특징은, 단위 면적당 격자의 광 투과 면적 비율을 증가시켜, 광원의 이용 효율과 신호 강도를 높이고, 먼지 등 이물질로 인한 차광 비율을 낮추어, 광도에 미치는 영향을 줄임으로써, 광학 인코더의 감지 정밀도를 향상시키는 것이다.

Description

광학 인코더의 인덱스 격자 {INDEX GRATING OF OPTICAL ENCODER}
본 발명은 위치 감지 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광학 인코더의 인덱스 격자에 관한 것이다.
사인파 신호를 사용하여 위치를 분석하는 인코더는 광 센서를 사용하여 코드 디스크의 회전 하에서 상이한 광도 변화를 수신한 다음 분석을 거쳐 현재 위치를 획득한다. 이상적인 사인파를 생성하고 분석에 필요한 연산량을 줄여 응용 구성 요소의 정확한 위치를 획득하기 위하여, 종래 기술에서는 수광 면적의 형상, 광차폐물의 형상 또는 격자의 형상 변경 등의 기술수단을 통해 코드 디스크 회전 시 이상적인 광도 변화의 결과를 얻는다.
도 1에 도시된 종래의 인덱스 격자 구조를 참조하면, 그리드(1) 상에 순차적이며 8자 모양으로 배열된 복수의 투광 영역(2)이 설치되어, 광원이 메인 격자에서 투과 또는 반사된 다음 인덱스 격자를 통과한 후 광학 감지 소자에 의해 감지될 수 있는 광도 변화를 변경하여, 이상에 가까운 사인파 신호를 획득함으로써 분석의 정밀도를 향상시켜 정확한 위치를 획득한다.
그러나 정밀 기계의 위치 분석 정밀도 요건이 점차 높아지고 있으며, 도 1에 도시된 종래 기술은 투광 영역(2)의 기술적 내용이 여전히 완벽하지 않아 제공할 수 있는 분석 정밀도, 정확성 및 간섭 회피 능력에 한계가 있기 때문에 정밀 기계에 필요한 정밀도 요건을 완전히 충족시키기가 어렵다.
따라서 본 발명의 주요 목적은 광학 인코더의 인덱스 격자를 제공함으로써, 광학 인코더의 광원 이용 효율을 개선하고 신호 강도를 강화하며 이물질에 의한 간섭의 정도를 줄이는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 제공하는 광학 인코더의 인덱스 격자의 주요 기술적 특징은, 단위 면적당 격자의 광 투과 면적 비율을 증가시켜 광원의 이용 효율과 신호 강도를 높이고 먼지 등 이물질로 인한 차광 비율을 낮추어 광도에 미치는 영향을 줄임으로써 광학 인코더의 감지 정밀도를 향상시키는 것이다.
본 발명에서 단위 면적당 광 투과 영역 비율을 증가시키기 위하여 제공하는 기술적 특징에 있어서, 광학 인코더의 인덱스 격자에 형상이 동일한 복수의 제1 광 투과 영역과 복수의 제2 광 투과 영역을 구비시키고, 서로 교차시켜 순차적으로 그리드 상에 배열하며, 상기 제1 광 투과 영역을 상기 그리드의 제1측에는 인접하되 상기 제1측과 등지는 제2측으로부터는 멀고, 동시에 상기 제2 광 투과 영역은 상기 제2측에는 인접하되 상기 제1측으로부터는 멀고, 상기 제1 광 투과 영역 및 상기 제2 광 투과 영역은 형태적으로 제1단과 제2단 사이의 길이가 서로 동일하고, 형태적으로 폭은 상기 제1단에서 상기 제2단 방향으로 점차 증가하고, 동시에 상기 제1 광 투과 영역의 제2단은 자체의 제1단과 상기 제1측 사이에 위치하고, 상기 제2 광 투과 영역의 제2단은 자체의 제1단과 상기 제2측 사이에 위치하고, 여기에서 서로 인접한 상기 제1 광 투과 영역의 제2단과 상기 제2 광 투과 영역의 제2단 사이의 거리(D)와 상기 제1 광 투과 영역 또는 상기 제2 광 투과 영역의 형태적 길이(L)는 L≤D<2L 식을 충족시킨다. 이러한 방식으로, 단위 면적당 상기 제1 광 투과 영역과 상기 제2 광 투과 영역에서 제공하는 광 투과 영역의 면적비가 증가하여 상기 목적 및 효과를 구현한다.
여기에서, 상기 길이(L)와 상기 거리(D) 사이의 비교적 바람직한 비율은 D= 1.274L 또는 D=1.196L이다.
더 나아가, 감지 신호를 이상적인 사인파 신호에 더 가깝게 만들기 위하여, 상기 각 제1단과 상기 각 제2단의 형상은 각각 원형, 타원형, 포물선 또는 쌍곡선일 수 있고, 동시에 장축 방향으로 변하는 폭은 제1단과 제2단 사이에 사다리꼴을 형성시킨다.
본 발명의 유익한 효과는 광학 인코더의 인덱스 격자를 제공함으로써, 광학 인코더의 광원 이용 효율을 개선하고, 신호 강도를 강화하며 이물질에 의한 간섭의 정도를 줄인다.
도 1은 종래 기술에 따른 인덱스 격자의 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 따른 투과형 메인 격자를 도시한 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 따른 반사형 메인 격자를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 따른 인덱스 격자의 평면도이다.
도 4는 비교적 바람직한 실시예에 따른 도 3의 A 부분의 확대도이다.
먼저, 도 2a, 도 2b 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에서 제공하는 광학 인코더(10)는 주로 광원(20), 메인 격자(30), 인덱스 격자(40) 및 광학 감지부(50)를 포함한다.
상기 광학 인코더(10)의 작동 원리 및 구성 요소 간의 상대적인 공간 위치 관계는 종래 기술에 개시된 것과 유사하며, 상기 광원(20)에 의해 생성된 광은 상기 메인 격자(30)를 거치며, 즉 코드 디스크가 광을 반사하거나(도 2b에서 도시하는 바와 같음) 광을 통과시킨 후에(도 2a에서 도시하는 바와 같음), 상기 인덱스 격자(40)를 거쳐 상기 광학 감지부(50)에 의해 감지되고, 상기 광학 감지부(50)에 의해 감지된 광의 강도 변화를 통해 획득된 신호를 연산의 기초로 삼아 상기 메인 격자(30)에 연결된 회전 구성 요소의 회전각도 위치를 분석하여 제어한다. 여기에서 상기 광학 감지부(50)는 복수의 감광성 구성 요소를 포함할 수 있지만, 이는 종래 기술에 개시된 기술적 내용이고 본 발명에서 개선하려는 기술적 목표가 아니므로 본 발명에서 반복하여 설명하지 않는다.
여기에서, 상기 인덱스 격자(40)는 구조적으로 그리드(41), 복수의 제1 광 투과 영역(42) 및 복수의 제2 광 투과 영역(43)을 포함한다.
상기 그리드(41)의 형상 및 크기는 상기 광학 감지부(50) 상에 설치되기 적합하도록 구성되며, 본 실시예에서는 직사각형 판상체를 예로 들어 설명한다.
각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)은 각각 상기 그리드(41) 상에 광이 통과할 수 있는 3차원 구조를 형성하고, 각각 상기 그리드(41)의 일측판면 상에 동일한 2차원 형상을 형성하고, 순차적으로 교차하며 상기 그리드(41)의 직사각형 장축 방향을 따라 배열되어, 상기 그리드(41) 상에 광이 통과할 수 있는 광 투과 영역을 형성한다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)으로부터 상기 그리드(41)의 일측판면 상에 2차원 형상이 형성되는 경우, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43) 각각이 형태적인 길이(L)가 제1단(421)(431)과 제2단(422)(432) 사이에 위치하고, 그 형태적 폭은 상기 제1단(421)(431)으로부터 상기 제2단(422)(432)의 방향으로 점차 증가하여, 제1단 부위에 인접한 폭(W1)은 비교적 좁고, 제2단에 인접한 폭 부위는 비교적 큰 폭(W2)을 가지므로 전체 형태가 물방울과 약간 유사하다. 보다 상세하게는, 각 상기 제1단(421)(431)과 각 상기 제2단(422)(432)의 형상은 각각 원호형이고, 그 원호형의 곡률은 원형, 타원형, 포물선 또는 쌍곡선 등의 곡률과 일치할 수 있으며, 본 실시예에서 각 상기 제1단(421)(431)과 각 상기 제2단(422)(432)은 각각 원호형이고, 각 상기 제1단(421)(431)의 반경은 각 상기 제2단(422)(432)의 반경보다 작아, 그 자체 폭의 변화에 대응한다. 또한 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)은 형태적인 폭이 변화하며, 각각의 형상에서 대응하는 제1단과 제2단 사이에 사다리꼴 영역(423)(433)을 형성하고, 여기에서 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 도 4에서 점선으로 각 상기 제1단(421)(431)과 대응하는 사다리꼴 영역(423)(433) 사이, 및 각 상기 제2단(422)(432)과 대응하는 사다리꼴 영역(423)(433) 사이의 가상의 구분선을 도시하였으나, 상기 가상의 구분선은 실제로 존재하지 않는다.
상기 그리드(41) 간의 상대적 관계에 있어서,
각 상기 제1 광 투과 영역(42)은 상기 그리드(41) 직사각형 장축 일측의 제1측(411)에는 인접하되 상기 제1측(411)과 등지는 제2측(412)으로부터는 멀고, 자체의 제2단(422)은 자체의 제1단(421)과 상기 제1측(411) 사이에 위치하고;
각 상기 제2 광 투과 영역(43)은 상기 제2측(412)에는 인접하되 상기 제1측(411)으로부터는 멀고, 자체의 제2단(432)은 자체의 제1단(431)과 상기 제2측(412) 사이에 위치한다.
또한, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)이 서로 교차하는 상대적 상태에 의해, 2개의 인접한 제1 광 투과 영역(42)과 제2 광 투과 영역(43) 각각의 제2단(422)(432) 사이의 거리(D)는 그 각각의 형태적 길이(L)의 2배보다 작으므로, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)이 상기 그리드(41)에서 단위 면적당 제공하는 광 투과 영역 면적에 도달할 수 있다.
더 나아가, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43)이 서로 교차하는 깊이를 변경함으로써, 상기 광학 감지부(50)에 의해 감지된 광도 변화를 사인파 신호에 더욱 근접하도록 만들고, 단위 면적당 광 투과 영역의 비율을 증가시켜 더욱 바람직한 광원 이용률을 달성하여, 상기 광학 감지부(50)가 더욱 높은 광 투과 영역의 비율 하에서 그 감광성 소자(도면에 도시되지 않음)의 수를 증가시킴으로써 광도 불균일로 인한 오차를 개선하는 동시에, 광 이동에 영향을 미치는 이물질에 의한 이상 신호 하에서 고밀도로 설정된 감광성 소자에 의해 이상 신호의 영향이 감소하여, 상기 광학 인코더(10)가 보다 바람직한 정밀도의 감지 결과를 제공할 수 있다.
구현 가능한 실시 조건 하에서, 각 상기 제1 광 투과 영역(42)과 각 상기 제2 광 투과 영역(43) 사이의 교차 깊이는 L≤D<2L 식을 충족시켜 본 발명의 목적 및 효능을 구현할 수 있으며, 보다 바람직한 실시예에서 D=1.274L 또는 D=1.196L이고, 이 조건 하에서 일부 장치에서 사용될 때, 상기 광학 인코더(10)는 상대적으로 보다 바람직한 감지 정밀도를 획득할 수 있다.
1: 그리드
2: 투광 영역
10: 광학 인코더
20: 광원
30: 메인 격자
40: 인덱스 격자
41: 그리드
411: 제1측
412: 제2측
42: 제1 광 투과 영역
421,431: 제1단
422,432: 제2단
423,433: 사다리꼴 영역
43: 제2 광 투과 영역
50: 광학 감지부
W1,W2: 폭
D: 거리
L: 길이

Claims (7)

  1. 광학 인코더의 인덱스 격자에 있어서,
    그리드;
    상기 그리드 상에 순차적으로 배열되는 복수의 제1 광 투과 영역; 및
    상기 그리드 상에 순차적으로 배열되고, 각 상기 제1 광 투과 영역의 인접한 사이에 각각 위치하는 복수의 제2 광 투과 영역을 포함하고,
    여기에서, 상기 제1 광 투과 영역은 상기 그리드의 제1측에 인접하되 상기 제1측과 등지는 제2측으로부터는 멀고, 상기 제2 광 투과 영역은 상기 제2측에는 인접하되 상기 제1측으로부터는 멀고;
    각 상기 제1 광 투과 영역과 각 상기 제2 광 투과 영역은 상이한 형상을 가지고, 각 형태적 길이는 제1단과 제2단 사이에 위치하고, 형태적 폭은 상기 제1단으로부터 상기 제2단 방향으로 점차 증가하는 동시에, 상기 제1 광 투과 영역의 개별 형상의 제2단은 자체의 제1단과 상기 제1측 사이에 위치하고, 상기 제2 광 투과 영역의 개별 형상의 제2단은 자체의 제1단과 상기 제2측 사이에 위치하고; 및,
    서로 인접한 상기 제1 광 투과 영역의 제2단과 상기 제2 광 투과 영역의 제2단 사이 거리(D)와, 상기 제1 광 투과 영역 또는 상기 제2 광 투과 영역의 형태적 길이(L)는 L≤D <2L 식을 충족시키는 광학 인코더의 인덱스 격자.
  2. 제1항에 있어서,
    D=1.274L인 광학 인코더의 인덱스 격자.
  3. 제1항에 있어서,
    D=1.196L인 광학 인코더의 인덱스 격자.
  4. 제1항에 있어서,
    각 상기 제1단의 형상은 각각 원형, 타원형, 포물선 또는 쌍곡선의 일부분인 광학 인코더의 인덱스 격자.
  5. 제4항에 있어서,
    각 상기 제2단의 형상은 각각 원형, 타원형, 포물선 또는 쌍곡선의 일부분인 광학 인코더의 인덱스 격자.
  6. 제5항에 있어서,
    각 상기 제1단의 직경은 각 상기 제2단의 직경보다 작은 광학 인코더의 인덱스 격자.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    각 상기 제1 광 투과 영역과 각 상기 제2 광 투과 영역이 각자 형태적으로 상기 제1단과 상기 제2단 사이 부위에 위치하며, 각각 사다리꼴인 광학 인코더의 인덱스 격자.
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