KR200190808Y1 - 광엔코더 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광이 격자휠을 통하여 광검출기쪽으로 발산될 때 간섭 현상을 방지하기 위한 엔코더에 관한 것으로서,

격자휠의 입력면은 광원으로부터의 광을 포커싱시키기 위한 링형 렌즈를 가지고, 격자휠의 출력면은 각각 링형 렌즈에 수직하며 작업빔이 출력면을 통과할 때 작업빔을 포커싱시킬수 있는 복수개의 이빨형 렌즈를 가지며, 이것에 의해 간섭 문제가 최소화시킨다.

Description

광엔코더 { OPTICAL ENCODER }

본 고안은 광엔코더에 관한 것이며, 보다 상세히는 광이 격자휠을 통하여 광검출기쪽으로 발산될 때 간섭 현상을 방지하기 위한 엔코더에 관한 것이다.

종래의 광엔코더는 도 1에 도시한 바와같이 블록킹 타입 엔코더이다. 이러한 엔코더는 격자 휠(60)과, 광원(70) 및 광검출기(80)로 구성된다. 광원(70)은 격자휠(60) 근처에 위치하여, 격자 휠(60)로 광을 발광한다. 격자 휠(60)은 축(50)에 센터링되고, 구동수단(도시 않음)에 의해서 회전된다. 격자휠(60)은 중심으로부터 일정한 거리를 따라 형성된 다수개의 슬릿(61)을 포함한다. 더욱이, 2개의 인접한 슬릿(61) 간에는 불투과부(62)가 존재한다. 광검출기(80)는 격자 휠(60)근처에 위치하고, 광검출 칩(81)을 포함하여 슬릿(60)으로부터 발산된 광을 수광한다.

격자 휠(60)이 회전하면, 광원(70)으로부터 발광된 광은 격자 휠(60)의 슬릿(61) 및 불투과부(62)에 의하여 통과 또는 불통과하게 되어, 작업 광이 된다. 작업 광이 광검출기(80)에 의해서 검출되고, 오실로스코프에서 정현파로 전환된다. 이 신호는 정류기에서 4개의 신호 (0, 0), (0, 1), (1, 1), (1, 0)로 된다.

그러나, 파형 광학에 따르면, 도 2에 도시한 바와같이, 슬릿을 통과한 광은 서로 간섭될 수 있다. 더욱이, 이 간섭은 광검출기(80)의 오기능을 유발시킨다.

2개의 인접한 슬릿을 통과한 광간의 간섭을 제거하기 위해서, 하나의 방법은 슬릿(61) 가까이 광검출기(80)의 광검출칩(81)을 두는 것이고, 다른 방법은 광검출칩(81)의 영역보다 더 큰 슬릿(61)의 영역을 만드는 것이다(약 1/3이상으로). 그러나, 첫 번째 방법은 조립 공정을 복잡하게 만들고, 두 번째 방법은 선명도를 낮추게 된다.

도 3A에 도시한 바와같이, D는 광원이고, C는 격자이고, A,B는 슬릿이고, S는 방향 T에 따라 움직이는 광검출기이다. 도 3B는 광광강도의 분포도를 도시한 것으로서, N은 평균 확률이고, H는 확률이다. 도 3B에 도시한 바와같이, N₁=(H₁)²는 슬릿B가 블록킹되었을 때 광검출기(S)에 의해서 검출된 평균 광강도의 분포도이고, N₂=(H₂)²는 슬릿A가 블록킹되었을 때 광검출기(S)에 의해서 검출된 평균 광강도의 분포도이다.

만약 슬릿 A와 B를 통과한 광이 간섭을 일으키지 않는다면, 광검출기(S)에 의해서 검출된 광광강도의 분포도는 도 3C에 도시한 바와같이, N₁₂=N₁+N₂로 된다.

그러나, 파형 광학의 원칙에 따르면, 광검출기(S)에 의해서 검출된 광광강도의 분포도는 2개의 슬릿 사이의 간섭으로 인하여 도 4에 도시한 것으로 된다. 이러한 간섭을 제거하기 위해서, 한 방법은 광이 슬릿을 경유하지 않고 광검출기에 도달하게 하는 것이고, 다른 방법은 광검출기에 도달하기 전에 광을 포커싱시키는 것이다. 도 5에 도시한 바와같이, 광검출기는 간섭을 제거하기 위하여 렌즈의 초점과 렌즈 사이에 위치시킬 수 있다.

따라서, 본 고안은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 링형 렌즈가 광원으로부터의 광을 포커싱시키기 위하여 격자휠의 입력면상에 위치하고, 상기 격자휠의 출력면은 각각 상기 링형 렌즈에 수직하며 작업빔이 출력면을 통과할 때 작업빔을 포커싱시킬수 있는 복수개의 이빨형 렌즈를 가지며, 이것에 의해 간섭 문제가 최소화되게 하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 광검출칩이 조립 복잡성이 없고, 선명도를 줄이지 않고서 격자휠의 출력면으로부터 더 멀리 위치할 수 있게 하는데 있다.

도 1은 종래의 블록킹 타입 광엔코더를 도시한 사시도

도 2는 2개의 슬릿간의 발생된 광강도 분포도

도 3a는 2개의 슬릿의 구성도

도 3b는 도 3A의 셋팅에 의해서 측정된 광강도 분포도

도 3c는 양 슬릿이 오픈되었을 때 도 3A에서의 셋팅에 의해 측정된 광강도 분포도를 도시한 임의의 그래프

도 4는 양 슬릿이 오픈되었을 때, 도 3A에 셋팅에 의해 측정된 광강도 분포도를 도시한 실질 그래프

도 5는 본 고안에 따른 작업광의 초점도

도 6은 본 고안에 따른 광엔코더의 사시도

도 7은 본 고안에 따른 격자휠의 정면도 및 측면도

도 8은 본 고안에 따른 격자 휠이 회전할 때 오실로스코프에 나타나는 4개의 신호(0, 0), (0, 1), (1, 1), (1, 0)를 도시한 도면

도 9는 본 고안의 다른 실시예의 정면도 및 측면도

도 10은 본 고안의 또 다른 실시예의 정면도 및 측면도

도 11은 본 고안의 다른 실시예의 정면도 및 측면도

도 12는 볼록 이빨형 렌즈로 대체된 이빨형 렌즈를 도시한 정면도 및 측면도

도 13은 스트립형 렌즈로 대체된 이빨형 렌즈를 도시한 정면도 및 측면도

도 14는 테이퍼형 렌즈로 대체된 이빨형 렌즈를 도시한 정면도 및 측면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 광원 2 : 격자휠

3 : 광검출기 21 : 축

22 : 입력면 23 : 출력면

24 : 링형 렌즈 25 : 이빨형 렌즈

31 : 광검출칩 251 : 볼록부

252 : 오목부

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 고안에 따른 광엔코더는 광원(1)과, 격자 휠(2)과, 광검출기(3)로 구성된다. 광원(1)은 격자휠(2)의 근처에 위치하고, 광원(1)으로부터의 광은 격자휠(2)의 입력면(22)에 주사된다.

격자휠(2)은 중앙을 통하여 축(21)상에 회전가능하게 장착되고, 구동수단(추적 볼 수단)에 의해서 회전된다. 격자휠(2)은 추적 볼 수단이 움직일 때 회전된다. 곡률(R1)을 가진 링형 렌즈(24)는 입력면(22)상에 위치하여, 광원(1)으로부터의 광을 포커싱시킨다. 곡률(R2)을 가진 다수개의 이빨형 렌즈(25)는 격자휠(2)의 출력면(23)상에 위치한다. 이빨형 렌즈(25)는 41.8°보다 작은 전체 내부 반사각을 가지고, 링형 렌즈(24)에 수직하다. 렌즈 공식

1/f=(1/R1+1/R2)(n-1) 에 따르면, 초점거리(f)는 R1, R2에 의존된다.

광검출기(3)는 투명한 재질로 이루어지고, 이빨형 렌즈(25)의 초점과 이빨형 렌즈(25) 사이에 위치하고, 광원(1)과 대향한다. 광검출기(3)는 출력면(23)에서 발산된 작업광을 수광하도록 상부 및 하부 광검출 침(31)으로 구성된다.

작업빔이 휠(2)의 입력면(22)에 부딪치면, 링형 렌즈(24)는 광을 초점화시킨다. 작업빔이 출력면(23)을 통하여 통과한 후에, 이빨형 렌즈(25)는 다시 광을 초점화시킨다. 그러므로, 간섭 문제는 작업빔이 포커싱되었기 때문에 광검출기(3)의 광검출칩(31)에 도달할 때 최소화된다.

격자휠(2)이 회전될 때, 광원(1)으로부터의 광은 격자휠(2)을 통과하여 작업빔이 된다. 작업빔은 광검출기(30)에 의해서 검출되고, 오실로스코프에서 정현파로 전환된다. 이 신호는 도 1에 도시한 바와같이, 4개의 신호(0, 0), (0, 1), (1, 1), (1, 0)를 형성하도록 정류기에 의해서 처리된다.

도 9에 도시한 바와같이, 입력면은 평평한 면이고, 포커싱 작업은 이빨형 렌즈(25)에 의해서 이루어진다.

도 10에 도시한 바와같이, 출력면(25)은 복수개의 이빨형 면으로 구비되고, 광원(1)으로부터의 광은 링형 렌즈(24)에 의해서 포커싱된다.

도 11에 도시한 바와같이, 입력면은 평평한 면이고, 출력면(25)은 복수개의 이빨형 면으로 구비된다.

도 12-14에 도시한 바와같이, 이빨형 렌즈(25)는 볼록 이빨형 렌즈(도 12), 스트립형 렌즈(도 13), 또는 테이퍼형 렌즈(도 14)로 대체되어, 작업빔이 출력면을 통하여 통과한 후에 작업빔을 포커싱시켜, 간섭 문제가 최소화된다.

스트립형 렌즈 및 테이퍼 렌즈의 볼록부(251) 또는 오목부(252)는 반사 매체, 불투명 매체 또는 그라운드로 코팅되어, 작업빔이 작동할 때 불필요한 광을 반사하도록 그라운드 그래스를 형성한다.

요약하면, 본 고안은 작업빔이 광검출기의 광검출칩에 도달할 때, 포커싱되기 때문에 간섭 문제를 최소화시킬수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 광엔코더를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (11)

1. 광원과, 격자휠과, 광검출기로 구성되며, 광원으로부터의 광은 상기 격자휠의 입력면에 입사되고, 상기 광검출기는 상기 격자휠로부터 발산된 작업빔을 수광하도록 한세트의 광검출칩으로 구성되는 광엔코더에 있어서,

   상기 격자휠의 입력면은 상기 광원으로부터의 광을 포커싱시키기 위한 링형 렌즈를 가지고, 상기 격자휠의 출력면은 각각 상기 링형 렌즈에 수직하며 작업빔이 출력면을 통과할 때 작업빔을 포커싱시킬수 있는 복수개의 이빨형 렌즈를 가지며, 이것에 의해 간섭 문제가 최소화되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광검출기는 상기 이빨형 렌즈의 초점과 이빨형 렌즈 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 이빨형 렌즈의 전체 내부 반사각은 41.8°보다 작은 것을 특징으로 하는 광엔코더.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 격자휠의 입력면은 평평한 면인 것을 특징으로 하는 광엔코더.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 격자휠의 출력면은 복수개의 이빨형 렌즈로 구비되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 격자휠의 입력면은 평평한 면이고, 상기 격자휠의 출력면은 복수개의 이빨형 렌즈로 구비되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 이빨형 렌즈는 볼록형 렌즈로 대체되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 이빨형 렌즈는 스트립형 렌즈로 대체되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립형 렌즈의 볼록부 또는 오목부의 일부는 광반사 매체, 불투명 매체 또는 그라운드로 피복되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
10. 상기 이빨형 렌즈는 테이퍼형 렌즈로 대체되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 테이퍼형 렌즈의 볼록부 또는 오목부의 일부는 광반사 매체, 불투명 매체 또는 그라운드로 피복되는 것을 특징으로 하는 광엔코더.