KR20120121032A - 2D code pattern and photo-detector array design method for optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학 엔코더(optical encoder)의 코드 디스크(code disk)에 적용되는 패턴에 배치 및 설계 방법에 관한 것으로, 상세하게는 회전 각도 감지를 위해 코드 디스크에 적용되는 패턴을 2차원 어레이(2D array)로 배치하고, 2차원으로 배치된 디스크로부터 위치를 감지할 수 있는 수광부(photo-detector)의 배치 방법 및 설계 방법에 관한 것이다. 이와 같이 코드 디스크 패턴의 2차원 배치를 통해 적은 트랙(track) 수로 원하는 분해능의 광학 엔코더용 코드 디스크를 제작할 수 있으며, 트랙 수의 감소로 인해 소형 코드 디스크 제작이 가능해 진다. The present invention relates to a method of arranging and designing a pattern applied to a code disk of an optical encoder. Specifically, a pattern applied to a code disk for detecting an angle of rotation is a 2D array. And a photo-detector arrangement method and a design method capable of detecting a position from a disk arranged in two dimensions. As described above, the two-dimensional arrangement of the code disc pattern enables the production of a code disc for an optical encoder having a desired resolution with a small number of tracks.
모터의 회전 각도를 측정하고 제어하기 위하여 모터 회전축에 부착하여 회전각을 감지하는 엔코더는 회전 각도 인식 방법에 따라 광학식 엔코더, 마그네틱 엔코더(magnetic encoder), 레졸버 타입 엔코더(resolver type encoder), 기계식 엔코더(mechanical encoder), 캐패시티브 엔코더(capacitive encoder)로 크게 구분된다. 이 중 광학식 엔코더는 고분해능을 구현할 수 있으며, 신호처리가 다른 엔코더에 비해 쉽고, 제작 비용이 낮아 가장 널리 이용되고 있다. 광학식 엔코더는 각도 정보가 코드화 되어, 다수의 독립적인 트랙 위에 기록된 코드 디스크와 광을 생성하는 발광부(light source), 그리고 발광부의 광이 코드 디스크를 통과하거나 반사된 광을 수신하는 수광부로 크게 구성된다. 광학식 엔코더를 위한 코드 디스크에는 회전 위치 인식을 위하여 그레이(gray) 코드, 바이너리(binary) 코드, 엠(M) 코드, 수도랜덤(Pseudorandom) 코드 등을 바탕으로 코드화된 패턴이 다수의 트랙으로 형성되어 있으며, 이러한 코드화된 패턴의 형태에 따라 엔코더의 분해능이 결정된다. 일반적으로 위와 같은 패턴은 하나의 비트(bit)를 표현하기 위하여 1개의 트랙이 필요하게 된다. 예를 들어 6 비트 분해능의 코드 디스크를 제작하기 위해서는 6개의 트랙이 필요로 하게 된다. 따라서, 20 비트 수준의 고분해능 엔코더의 경우 20개의 트랙이 필요하므로 코드 디스크의 사이즈가 증가하여 광학 엔코더의 크기가 증가하는 문제가 발생하게 된다. 또한, 일렬로 배치된 디스크 패턴을 감지하기 위하여 일렬로 배치된 수광부 가 적용되기 때문에 광학 디스크와 수광부 사이의 미세한 정밀 오차의 영향으로 정확한 위치 정보를 생성하지 못하게 된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 정현파를 생성하여 회전 위치를 인식하는 기술이 적용되고 있으나, 이와 같은 경우 적은 트랙수로 광학 엔코더의 분해능을 증가시킬 수 있다는 장점이 있으나, 정현파 신호를 처리하여 회전 위치 인식을 위한 추가적인 신호처리부가 적용되어야 하는 단점이 있다. In order to measure and control the rotation angle of the motor, the encoder attached to the rotation axis of the motor to detect the rotation angle is an optical encoder, a magnetic encoder, a resolver type encoder, a mechanical encoder according to the rotation angle recognition method. (mechanical encoder), capacitive encoder (capacitive encoder) is largely divided. Among these, optical encoders can realize high resolution, and signal processing is easier than other encoders, and manufacturing cost is the most widely used. The optical encoder is largely composed of a code disc recorded on a plurality of independent tracks, a light source for generating light, and a light receiver for receiving light reflected or passing through the code disc. It is composed. In the code disc for the optical encoder, a coded pattern based on gray code, binary code, M code, pseudorandom code, etc. is formed into a plurality of tracks to recognize the rotation position. The resolution of the encoder is determined by the shape of the coded pattern. In general, the above pattern requires one track to represent one bit. For example, a six-bit resolution code disc would require six tracks. Therefore, since a 20-bit high resolution encoder requires 20 tracks, a problem arises in that the size of an optical encoder increases due to an increase in the size of a code disc. In addition, since the light receivers arranged in a line are applied to detect the disc patterns arranged in a line, accurate position information may not be generated due to the minute precision error between the optical disc and the light receiver. In order to solve this problem, a technique of generating a sinusoidal wave and recognizing the rotational position has been applied. However, in this case, the resolution of the optical encoder can be increased with a small number of tracks. There is a drawback that an additional signal processing unit must be applied.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 광학 엔코더를 위한 코드 디스크의 패턴을 2차원 어레이로 배치하고, 수광 소자 내의 수광부를 2차원 어레이 광 신호를 감지할 수 있도록 배치하여, 적은 트랙 수로 원하는 분해능을 얻을 수 있도록 하는 디스크 패턴 및 수광 소자 배치 방법 및 설계 방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다. 상기 2차원 디스크 패턴 및 수광 소자 배치 방법을 적용할 경우, 적은 트랙 수로 원하는 분해능을 구현할 수 있으며 트랙 수 감소에 따라 소형 코드 디스크 제작을 가능하게 한다. 또한 1차원으로 배치된 디스크 패턴을 2차원으로 배치함으로써 정렬 오차의 영향도 감소시킬 수 있다. The present invention for solving the problems of the prior art, the pattern of the code disk for the optical encoder is arranged in a two-dimensional array, and the light receiving unit in the light receiving element is arranged to detect the two-dimensional array optical signal, so that the number of tracks Disclosure of the Invention It is an object of the present invention to provide a disk pattern and a light receiving device arrangement method and a design method for obtaining a desired resolution. When the two-dimensional disk pattern and the light receiving element arrangement method are applied, a desired resolution can be realized with a small number of tracks, and a small code disk can be manufactured as the number of tracks is reduced. Also, by arranging the disk patterns arranged in one dimension in two dimensions, the influence of the alignment error can be reduced.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 코드 디스크 패턴 배치 방법은, 1비트에 해당하는 코드를 일렬로 배치하지 않고 2차원 형태로 배치하고, 위와 같이 배치된 코드 디스크를 통과하는 발광부의 광을 감지하기 위한 수광부 어레이가 포함된 수광 소자로 구성된다. 발광부의 광의 경우 코드 디스크를 통과하기 않고 반사되어 수광 소자에 전달될 수 있으며, 이 경우 발광부와 수광부가 하나의 소자 위에 제작될 수도 있다. 또한, 회전 위치 인식을 용이하게 하기 위하여 보조적인 패턴 및 수광 소자가 2차원 디스크 패턴 및 수광 소자 어레이에 추가될 수 있다. Code disk pattern arrangement method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the code corresponding to one bit is arranged in a two-dimensional form without arranging a line, and the light emission passing through the code disk arranged as described above It consists of a light receiving element including a light receiving unit array for detecting negative light. In the case of the light of the light emitting unit, the light may be reflected to the light receiving element without passing through the code disk. In this case, the light emitting unit and the light receiving unit may be manufactured on one device. In addition, auxiliary patterns and light receiving elements may be added to the two-dimensional disk pattern and the light receiving element array to facilitate rotation position recognition.
본 발명의 실시예에 따른 광학식 엔코더의 2차원 코드 디스크 패턴 및 수광 소자 어레이 배치 설계 방법을 이용하면, 적은 트랙 수로 원하는 분해능의 광학 엔코더용 코드 디스크를 구현할 수 있으며 트랙 수 감소에 따라 소형 코드 디스크 제작을 가능하게 한다. 또한 1차원으로 배치된 디스크 패턴을 2차원으로 배치함으로써 광학 엔코더 제작을 위하여 코드 디스크와 수광부의 조립 시 발생하는 정렬 오차의 영향도 감소시킬 수 있다.By using the two-dimensional code disk pattern of the optical encoder and the light receiving element array arrangement design method according to an embodiment of the present invention, a code disk for an optical encoder with a desired resolution can be realized with a small number of tracks, and a small code disk can be manufactured according to the number of tracks. To make it possible. In addition, by arranging the disk patterns arranged in one dimension in two dimensions, it is possible to reduce the influence of the alignment error caused when assembling the code disk and the light receiving portion for manufacturing the optical encoder.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔코더의 구성을 도시한 개념도.
도 2 는 도 1에 표시된 코드 디스크 및 수광부와 수광 소자 어레이의 배치 예를 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 2차원으로 배치된 코드 패턴(3×2 형태) 및 수광 소자 어레이 배치 방법 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 2차원으로 배치된 코드 패턴(2×3 형태) 및 수광 소자 어레이 배치 방법의 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 광학 엔코더의 분해능을 향상시키기 위한 추가 수광 소자 어레이의 배치 방법의 예시도.1 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical encoder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view showing an arrangement example of a code disk and a light receiving unit and a light receiving element array shown in FIG. 1; FIG.
3 is a diagram illustrating a code pattern (3 × 2 form) and a light receiving element array arrangement method arranged in two dimensions according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view showing a code pattern (2 × 3 form) and a light receiving element array arrangement method arranged in two dimensions according to an embodiment of the present invention.
5 is an illustration of a method of placing additional light receiving element arrays for improving the resolution of an optical encoder in accordance with an embodiment of the invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 광학 엔코더를 위한 2차원 코드 패턴 및 수광 소자 배치 및 설계 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, a 2D code pattern and a light receiving device arrangement and design method for an optical encoder according to an exemplary embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In addition, the size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean a size actually applied.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔코더의 구성을 도시한 개념도로 모터 회전 축에 고정된 코드 디스크와 발광부, 수광부로 구성이 되어 있으며, 코드 디스크에는 위치 감지를 위한 디스크 패턴이 내장되어 있다. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical encoder according to an embodiment of the present invention is composed of a code disk, a light emitting unit, a light receiving unit fixed to the motor axis of rotation, the code disk has a disk pattern for position detection built-in It is.
도 2 는 도 1에 표시된 코드 디스크 및 수광부와 수광 소자 어레이의 배치 예를 도시한 것으로 기존 기술을 이용하여 6비트 신호를 생성하기 위하여 일렬로 배치된 코드 디스크 패턴과 수광 소자 어레이를 나타내고 있다.FIG. 2 illustrates an example of arrangement of the code disk, the light receiving unit, and the light receiving element array shown in FIG. 1, and shows the code disk pattern and the light receiving element array arranged in a line to generate a 6-bit signal using a conventional technique.
도 2 을 참조하면, 기존 기술을 이용하여 6개의 비트가 1차원 어레이로 배치된 코드 디스크와 수광 소자 어레이를 바탕으로 6 비트 위치 신호를 감지하면 코드 디스크 진행 방향에 대하여 (000000), (010111), (10000) 순으로 위치별로 특정한 코드 패턴을 감지하여 회전 위치 정보를 생성할 수 있게 된다. Referring to FIG. 2, when a 6-bit position signal is detected based on a code disk having six bits arranged in a one-dimensional array and a light receiving element array using a conventional technique, (000000), (010111) , And (10000) in order to detect the specific code pattern for each position to generate the rotation position information.
도 3은 6비트 신호를 기준으로 하여 2차원(3×2) 디스크 패턴을 적용한 예를 코드 디스크 패턴과 수광 소자 어레이를 도시한 것이다. FIG. 3 illustrates an example of applying a two-dimensional (3 × 2) disk pattern on the basis of a 6-bit signal and a code disk pattern and a light receiving element array.
도 3을 참조하며, 코드화된 디스크 패턴을 2차원(3×2)으로 배치하고, 수광 소자도 동일한 방식으로 배치함으로써 6 비트 회전각 신호를 생성하기 위하여 6개의 트랙이 아닌 2개의 트랙을 적용하고 있다. 도 2와 같은 디스크 패턴 및 수광 소자 어레이를 이용하는 경우에도 도 3과 마찬가지로 코드 디스크 진행 방향에 대하여 (000 101), (001 000), (010 001), (100 010)과 같이 특정한 회전 위치 정보를 생성할 수 있게 된다. Referring to FIG. 3, two tracks instead of six tracks are applied to generate a six-bit rotation angle signal by arranging the coded disc pattern in two dimensions (3 × 2) and the light receiving element in the same manner. have. Also in the case of using the disk pattern and the light-receiving element array shown in FIG. 2, specific rotation position information such as (000 101), (001 000), (010 001), and (100 010) with respect to the code disk travel direction is obtained as in FIG. You can create it.
도 4는 6비트 신호를 기준으로 하여 2차원(2×3) 디스크 패턴을 적용한 다른 예를 코드 디스크 패턴과 수광 소자 어레이를 도시한 것이다. 4 shows a code disk pattern and a light receiving element array as another example in which a two-dimensional (2x3) disk pattern is applied based on a 6-bit signal.
도 4를 참조하면, 도 3과 다르게 디스크 패턴과 수광 소자 어레이를 (2×3) 형태로 배치하여 6비트 회전 신호 생성에 적용하고 있다. 이와 같이 배치하는 경우에는 3개의 트랙으로 6 비트 회전각 위치 신호를 생성할 수 있으며, 이전 경우와 마찬가지로 코드 디스크 진행 방향에 대해 유니크(unique)한 위치 정보를 출력할 수 있게 된다. Referring to FIG. 4, unlike FIG. 3, the disk pattern and the light-receiving element array are arranged in a (2 × 3) form and applied to generate a 6-bit rotation signal. In this case, the six-bit rotation angle position signal can be generated from three tracks, and the position information unique to the code disc travel direction can be output as in the previous case.
도 5는 도 3과 같이 배치된 코드 디스크 및 수광 소자 어레이 형태에서 분해능을 향상시키기 위하여 기존의 수광 소자 어레이와 일정한 간격을 두고 추가 수광 소자 어레이를 배치한 것을 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates an arrangement of additional light receiving element arrays at regular intervals from an existing light receiving element array in order to improve resolution in the form of a code disk and a light receiving element array arranged as shown in FIG. 3.
도 5를 참조하면, 도 3과 동일한 형태의 2차원 패턴이 내장된 코드 디스크를 적용하는 경우 기존의 수광 소자 어레이에 대하여 단일 코드의 간격(x)의 절반(x/2)에 해당하는 거리를 두고 추가 수광 소자 어레이를 배치하여 기존 수광 소자가 감지하지 못하는 중간 위치 값을 감지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 실시예를 적용하는 경우 도 3에 도시된 코드 디스크 및 수광 소자 어레이 배치 방법과 비교하여 1비트 분해능이 향상된 총 7비트 회전각 정보를 생성할 수 있게 된다. Referring to FIG. 5, when a code disk having a two-dimensional pattern having the same shape as that of FIG. 3 is applied, a distance corresponding to half (x / 2) of a distance x of a single code with respect to an existing light receiving element array is determined. By placing additional arrays of light-receiving elements, it is possible to detect intermediate position values that conventional light-receiving elements cannot detect. Therefore, when the above embodiment is applied, it is possible to generate total 7-bit rotation angle information with improved 1-bit resolution as compared to the code disk and the light-receiving element array arrangement method shown in FIG.
상기 도2, 도 3, 도4, 도5의 경우 6 비트 회전각 신호를 생성하는 광학 엔코더를 예로 하여 도면을 표시한 것으로, 6비트 이외에 다른 비트의 광학 엔코더 분해능을 구현하는데 본 발명을 적용할 수 있으며, 유니크한 회전 위치 코드 패턴을 형성하기 위하여 그레이 코드, 바이너리 코드, 엠 코드, 수도 랜덤 코드 방식 등 다양한 코드 생성 방식이 적용될 수 있다. 또한 2차원 코드 디스크 패턴에 대응되는 수광 소자 어레이의 경우 정확한 위치 정보 생성을 위하여 도면에 표시되지 않는 추가적인 수광 소자가 포함될 수 있으며, 디스크 패턴의 경우에도 추가적인 패턴이나 트랙이 포함될 수 있다. 2, 3, 4, and 5 show an example of an optical encoder for generating a 6-bit rotation angle signal, and the present invention may be applied to implement an optical encoder resolution of other bits in addition to 6 bits. In order to form a unique rotation position code pattern, various code generation methods such as a gray code, a binary code, an M code, and a random number code method may be applied. In addition, in the case of the light receiving element array corresponding to the 2D code disk pattern, an additional light receiving element not shown in the figure may be included to generate accurate position information, and the disk pattern may include additional patterns or tracks.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention as described above, specific embodiments have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments of the present invention, but should be determined by the claims and equivalents thereof.
Claims (6)
For an optical encoder for generating rotation angle information, a code pattern arranged in two dimensions with respect to a code disk pattern for generating rotation angle information is formed, and a light receiving element array arranged in two dimensions is embedded to detect the same. An optical encoder comprising a light receiving unit.
코드 디스크에 내장된 회전각 정보 코드화 수행 시 2차원으로 배열된 코드 배치를 이용하여 회전각 정보를 생성하는 코드 배치 및 설계 방법.
The method of claim 1,
Code placement and design method for generating rotation angle information by using two-dimensionally arranged code arrangements when performing rotation angle information encoding embedded in a code disc.
제 2 항의 명시된 방법으로 제작된 2차원으로 배열된 코드가 내장된 코드 디스크 설계 방법.
The method of claim 1,
A code disc design method incorporating two-dimensionally arranged codes produced by the method specified in claim 2.
2차원으로 배치된 코드 패턴에 분해능 향상 및 회전각 감지 정확도 향상을 위하여 추가적으로 코드 패턴을 배치하는 것으로 특징으로 하는 디스크 설계 방법.
The method of claim 3, wherein
A disk design method characterized by additionally placing the code pattern to improve the resolution and the rotation angle detection accuracy in the code pattern arranged in two dimensions.
코드 디스크에 2차원으로 배치된 회전각 코드 정보를 감지하기 위하여 2차원 형태로 배치된 수광 소자 어레이 배치 및 설계 방법.
The method of claim 1,
A method for arranging and designing an array of light receiving elements arranged in a two-dimensional form to detect rotation angle code information two-dimensionally arranged on a code disk.
상기 수광 소자 어레이 배치에 있어서 광학 엔코더의 분해능 향상을 위하여 일정한 간격을 두고 추가 수광 소자 어레이를 배치하는 것으로 특징으로 하는 수광 소자 어레이 배치 및 설계 방법.
The method of claim 5, wherein
The method of arranging and designing a light receiving element array in which the additional light receiving element arrays are arranged at regular intervals in order to improve the resolution of the optical encoder.
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110038755A KR101280182B1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Optical encoder having a 2d type code disk and a light signal receiver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101280182B1 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (4)
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-
2011
- 2011-04-26 KR KR1020110038755A patent/KR101280182B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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