KR20210150394A - 광학 인코더 - Google Patents

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KR20210150394A
KR20210150394A KR1020217031875A KR20217031875A KR20210150394A KR 20210150394 A KR20210150394 A KR 20210150394A KR 1020217031875 A KR1020217031875 A KR 1020217031875A KR 20217031875 A KR20217031875 A KR 20217031875A KR 20210150394 A KR20210150394 A KR 20210150394A
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carrier
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KR1020217031875A
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다니엘 브루거
새셔 쿤
피터 뮈흐레크
크리스티나 샤프
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비쉐이 세미컨덕터 게엠베하
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Abstract

본 발명은 방출기; 수신기; 반사기; 및 코드 캐리어)를 포함하는 광학 인코더에 관한 것이고, 방출기는 반사기의 방향으로 방출 축선을 따라 전자기 방사선을 방출하고, 반사기는 수신기의 방향으로 수신 축선을 따라 전자기 방사선을 편향시킨다. 코드 캐리어는 이동 가능하게 지지되고 그리고 코드 캐리어의 위치에 따라 방출된 전자기 방사선을 차단하거나 수신기에 충돌하도록 하는 코드부의 시퀀스를 가지고 있고, 방출 축선 및 수신 축선은 30도 내지 150도 범위의 값을 갖는 서로에 대해 정렬 각도로 뻗어 있다.

Description

광학 인코더
본 발명은 방출기; 수신기; 반사기; 및 코드 캐리어를 포함하는 광학 인코더에 관한 것이고, 방출기는 반사기의 방향으로 방출 축선을 따라 전자기 방사선을 방출하고; 반사기는 수신기의 방향으로 수신 축선을 따라 전자기 방사선을 편향시키는 적어도 하나의 반사부를 가지며; 코드 캐리어는 이동 가능하게 지지되고 그리고 코드 캐리어의 위치에 따라 방출된 전자기 방사선을 차단하거나 방출된 전자기 방사선이 수신기에 충돌하도록 하는 코드부의 시퀀스를 가지고 있다.
이러한 광학 인코더에서, 방출 축선을 따라 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선은 먼저 이동가능한 코드 캐리어에 입사되고, 그리고 광학적으로 그리고 연속적으로 수신 축선을 따라 수신기에 입사된다. 방출된 전자기 방사선은, 예를 들면, 가시 광선, 적외선, 또는 자외선을 포함할 수 있다. 수신기는 방출된 전자기 방사선에 민감하고 그리고 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환한다. 이와 관련하여, 코드 캐리어는 이동을 수신하는 이동가능한 장치에 연결될 수 있다. 수신기에서 수신된 전자기 방사선은 코드 캐리어의 위치 변경에 의해 변조된다. 수신기에 입사된 전자기 방사선의 이러한 변조는 코드 캐리어 또는 여기에 연결된 장치의 속도, 상대 위치 변화, 또는 절대 위치에 대해 평가될 수 있다. 이와 관련하여, 코드 캐리어는 종종 타이밍 디스크 또는 타이밍 눈금자로도 지정된다. 광학 인코더는 때때로 광학 위치 인코더로도 지정된다.
알려진 광학 인코더는 송신 및 반사 타입으로 나눌 수 있는데, 이들은 반사기의 배열과 코드 캐리어의 설계에 따라 달라진다. 송신 인코더에서, 코드 캐리어는 코드 캐리어의 위치에 따라 방사선-송신 및 방사선-흡수의 시퀀스를 가지고 있는데, 이들은 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선이 수신기에서 충돌을 위해 통과하거나 또는 흡수에 의해 차단되는 것을 허용한다. 이에 대하여, 반사타입의 인코더는 전자기 방서선을 반사하는 일련의 반사부 및 비반사부를 가진 코드 캐리어를 가지고 있다. 이와 관련하여, 코드 캐리어의 반사부는 수신기의 수신 축선의 방향으로 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선을 반사한다. 이에 대하여, 비반사부로 입사된 전자기 방사선은 수신기의 수신 축선의 방향으로 편향되지 않고, 그러므로 특히, 흡수로 인해, 수신기에 도달하지 않는다.
이것은 송신 인코더가 방출 축선과 수신 축선이 0도의 정렬각도를 포함하는 방출기와 수신기의 배열을 갖는 인코더를 송신하는 이러한 두 가지 작동 모드의 결과이다. 예를 들면, 방출기와 수신기는 서로 반대편에 배치될 수 있으며, 코드 캐리어는 방출기와 수신기 사이의 중간 공간에 배열된다. 그러한 구성에서, 방출 축선과 수신 축선은 특히 일치한다.
이에 반해, 반사형 인코더 는 방출 축선과 수신 축선이 약 180도의 정렬각을 포함하는 방출기와 수신기의 배열을 갖는다. 이 점에 관해서, 방출기와 수신기는 한 평면에서 서로 밀접하게 배치될 수 있고, 서로 평행하게 정렬될 수 있다. 방출기와 수신기의 평면으로부터 이격되어 배치된 코드 캐리어는 그 위치에 의존하여 방출기에서 방출된 전자기 방사선을 수신기의 수신 축선방향으로 반사하거나 (그러므로, 전자기 방사선이 수신기에 충돌하는 것을 허용함) 또는 흡수한다 (그러므로, 수신기에 충돌하는 것을 차단함).
송신 인코더는 방출기, 수신기, 또는 코드 캐리어의 위치 편차에 대해서 견고하고 안정성이 높은 것이 특징이다. 반면, 반사형 인코더는 실제로 간단하게 설계되지만, 상기 위치 편차와 관련하여 교란 경향이 증가하거나 허용 오차가 낮다. 따라서, 제공된 배열 평면 및 코드 캐리어의 정렬로부터 약간의 편차라도, 예를 들면, 방출된 전자기 방사선이 수신기에 의해 더 이상 정확하게 수신되지 않는 결과를 가져올 수 있다.
광학 인코더는 방출 축선이 코드 캐리어의 이동 평면에 평행하게 뻗어있는 방출기의 정렬에서, 또는 방출 축선이 코드 캐리어의 이동 평면에 직교하여 뻗어있는 방출기의 정렬에서 일반적으로 배열되고 작동될 수 있다. 이와 관련하여, 평행 정렬은 광학 인코더의 설치, 안정성, 및 견고성과 관련하여 장점을 제공하지만, 생산이 복잡하거나 및/또는 비용이 많이 들 수 있고 (예: 링 모양으로 구부러진 코드 캐리어를 사용할 때) 또는 달성 가능한 해상도에 제한이 따를 수 있다. 직교 정렬은 코드 캐리어의 더 간단한 설치를 가능하게 하지만, 교란 경향 또는 설치 허용 오차와 관련하여 단점이 있다.
본 발명의 목적은 쉽게 설치되고, 신뢰성 있고 문제 없는 동작이 가능하고, 그리고 높은 해상도의 위치 검출이 가능한 개선된 광학 인코더를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제1 항의 특징을 가진, 특히 방출기의 방출 축선 및 수신기의 수신 축선은 30도 내지 150도 범위의 값을 갖는 서로에 대해 정렬각도로 뻗어 있는, 광학 인코더에 의해 성취된다.
방출 축선 및 수신 축선사이의 정렬각도가 송신타입의 인코더의 전형적인 값인 0도를 갖지않고 그리고 반사타입의 인코더의 전형적인 값인 180도를 또한 갖지않으므로, 광학 인코더는 특히 코드 캐리어의 이동 평면에 대한 방출 축선의 정렬과 관련하여 응용에 따라 유연하게 배열될 수 있다. 이와 관련하여, 방출기 및 수신기는 공통 캐리어 상에서 서로에 대해 상기 정렬각도로 배열될 수 있으며, 이는 광학 인코더의 컴팩트한 구성 및 저렴한 제조를 가능하게 한다.
방출 축선과 수신 축선 사이의 특정 정렬각도는 또한 많은 실시 형태에서 각각의 응용 환경에서 광학 인코더의 단순화된 설치를 가능하게 한다. 특히 코드 캐리어는 일반적으로 구동축 또는 연결축의 회전 축선을 따라 설치 되어야 한다. 방출기와 수신기의 상대적인 배열 (소위, L-구성에서)은 코드 캐리어가 회전가능한 디스크로서 구성되어 있어도 코드 캐리어의 이러한 축선방향 설치를 단순화한다.
광범위하게 선택될 수 있는 배출기와 수신기의 특정적인 상대배열로 인해, 한 코드 캐리어가 간단하게 사용될 수 있고 저렴하게 제조될 수 있다. 일부의 실시 형태에서, 코드 캐리어는, 예를 들면, 고해상도(즉, 코드부의 높은 공간 밀도 또는 코드 캐리어의 약간의 위치 변화에 대응하여 정확한 구별)를 가능하게 하는 평면 코드 디스크로 구성될 수 있다. 코드 캐리어는, 예를 들면, 코드부의 고해상도 시퀀스는 레이저에 의하여, 특히 연소 또는 절단될 수 있는 얇은 금속 디스크로 구성될 수 있다. 예를 들면, 300 LPI(인치당 라인 수)의 해상도를 갖는 코드 캐리어는 이러한 방식으로 제조될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 코드 캐리어는 송신 인코더의 원리에 따라 구성될 수 있기 때문에, 광학 인코더의 신뢰성 있고 문제 없는 동작이 보장될 수 있다. 그러므로, 광학 인코더는 모두 제조(설치 공차) 및 동작(예를 들면, 온도 효과)과 관련하여 정렬과 상대적인 간격에 대하여, 방출기, 수신기 또는 코드 캐리어의 임의의 위치 편차에 대하여 견고하다. 특히 확산 반사 코드 캐리어를 갖는 반사 인코더에 필요할 수 있는, 수신기에서 고해상도 및 고품질 신호를 얻기 위해, 광학 인코더는 코드 캐리어와 수신기 사이의 간격을 가능한한 최소화할 필요가 없도록 한다.
따라서, 광학 인코더는 높은 수준의 견고성과 안정성, 고해상도 및 간단한 설치를 결합한다.
방출된 전자기 방사선의 차단을 본 발명과 관련하여 설명하면, 이것은 방출된 전자기 방사선에 의한 수신기에서의 충돌의 차단을 의미한다. 이러한 차단은 특히 전자기 방사선의 흡수에 의해 또는 수신기로 이어지는 방향이 아닌 다른 방향으로의 편향을 통해 발생할 수 있다.
방출기는, 예를 들어 발광 다이오드 (특히 전자기 방사선을 시준하는 연관된 방출 광학을 가진) 또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 수신기는 특히 1차원 또는 2차원 배열(소위 어레이)에서, 적어도 하나의 방사선에 민감한 수신 요소, 예를 들어 포토다이오드 또는 포토트랜지스터, 또는 방사선에 민감한 수신 요소의 그룹 또는 매트릭스를 포함할 수 있다. 수신기가 복수의 수신 요소(예: 포토다이오드)를 가지는 경우, 분리된 디자인에서 개별 수신 요소일 수 있거나, 복수의 수신 요소(규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 같은 종류 또는 서로에 대해 다른 구성)가 예를 들면, 소위 ASIC로서 조립체에 일체로 형성될 수 있다. 특히, 방출 축선과 수신 축선은 방출기의 방출표면 또는 수신기의 수신표면의 각각에 대해 수직일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 방출 축선 및 수신 축선은 60도 내지 120도 범위의 값을 갖는 서로에 대해 정렬 각도로 뻗어 있을 수 있다. 이러한 범위에 놓인 정렬 각도로 인해, 방출기와 수신기의 배열의 개념의 광범위한 다양성이 각각의 응용에 대한 적응을 가능하게 된다.
일 실시 형태에 따르면, 방출 축선과 상기 수신 축선 사이의 정렬 각도는 대략 90도이다. 그러므로, 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선은 수신기의 수신 축선 방향으로 90도만큼 반사에 의해 편향된다. 따라서, 방출기의 방출 표면 과 수신기의 수신 표면은 서로 90도의 각도를 포함하는 두개의 평면을 형성할 수 있으며, 이에 따라 방출 표면과 수신 표면에 대해 L자형 구성이 생성된다. 이러한 구성은 특히 간단한 제작 및 설치를 가능하게 한다. 다른 면에서, 특히 90도의 정렬각도는 광학 인코더의 수직 배향에서 수평 배향으로의 간단한 변경을 허용한다.
일부 실시 형태에서, 코드 캐리어는 회전 축선을 중심으로 회전가능하게 지지되고 적어도 하나의 원형 링형상으로 되어 있고 회전 축선으로부터 방사상 간격으로 코드부의 시퀀스를 갖춘 코드 트랙을 가진 코드 디스크(특히 원형 디스크 또는 링 디스크)로 구성된다. 이와 관련하여, 한편으로는 회전 축선, 및 다른 한편으로는 방출 축선 및/또는 수신 축선은 서로에 대해 직각을 형성할 수 있다. 코드 디스크는 회전 축선에 대해 평평하게 형성될 수 있는데, 즉 회전 축선의 법평면내에서 뻗을 수 있다. 대안적으로, 코드 캐리어는 코드부의 시퀀스를 갖는 적어도 하나의 직선 코드 트랙을 갖는 선형으로 이동가능한 코드 스트립으로 구성될 수도 있다.
일부 실시 형태에서, 코드부의 시퀀스는 한편으로는 방사선을 송신시키거나 반사형으로, 다른 한편으로는 방사선을 흡수하는 것으로 교대로 구성된다. 따라서, 코드 캐리어가 이동할 때, 방출기에서 방출된 방사선은 수신기에 방출된 전자기 방사선이 충돌하거나 방출된 전자기 방사선을 차단하도록 하는 부분에 교대로 입사한다. 코드부의 시퀀스는 다양한 방법으로 코드 캐리어에 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 인쇄, 에칭, 펀칭, 또는 레이저 절단에 의해 코드부는 형성될 수 있다.
적어도 하나의 반사부는 (확산 반사기와 대조적으로) 정의된 지향 반사를 수행하기 위해 정반사 방식으로 반사할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 반사부는 확산 방식으로 반사할 수 있다.
예를 들면, 반사기 및 적어도 하나의 반사부는 백색의 확산 반사성 플라스틱으로부터 저렴하게 제조될 수 있다. 대안으로서, 반사기는 적어도 하나의 반사부를 형성하는 반사 표면층이 제공되는 플라스틱으로 저렴하게 제조할 수 있다. 반사기가 투명 재료로 만들어지고 전반사에 의해 적어도 하나의 반사부에서 반사가 발생하는 것도 생각할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 반사기는 하나의 반사부 (예를 들면, 특히, 둘레방향으로 폐쇄된 회전가능한 디스크형 반사기의 주위를 따라 연장된, 또는 형성된 고정 반사기에 형성된)를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반사기는 반사부의 복수 가질 수 있는 서로 옆에 배치하는 그리고 복수의 경로 또는 시퀀스 (예를 들면, 회전가능한 디스크 형 반사기의 둘레를 따라 서로 옆에 연장)를 형성하는 복수의 반사부를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반사기는 시퀀스를 형성하는 복수의 개별 반사부를 가질 수 있다 (예를 들면, 복수의 회전가능한 디스크형 반사기의 주변을 따라 시퀀스를 형성하는 반사부). 특히, 복수의 별도의 반사부의 시퀀스는 방출된 전자기 방사선이 검출기에 충돌하게 하는 코드부의 시퀀스에 대응할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 복수의 별도의 반사부의 제1 시퀀스에 더하여, 반사기는 복수의 별도의 반사부의 제1 시퀀스로부터 오프셋되어 배열된 그리고 적어도 하나의 추가 수신 축선 방향으로 전자기 방사선을 편향시키는 복수의 별도의 반사부의 적어도 하나의 별도의 시퀀스를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 적어도 하나의 추가 방출 축선을 따라 전자기 방사선을 방출하는 적어도 하나의 추가 방출기가 특히 제공될 수 있다. 적어도 하나의 추가 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선은 예를 들면, 적어도 하나의 추가 수신 축선의 방향으로 복수의 개별 반사부의 추가 시퀀스에 의해 편향될 수 있다. 이로써, 광학 인코더의 증가된 분해능 및/또는 절대 위치 결정이 가능해질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 반사기의 반사부(들)는 특히 45도의 각각의 각도에서 방출 축선 및 수신 축선에 대해 비스듬히 정렬된다. 따라서, 특히, 방출 축선 및 수신 축선은 90도의 정렬각도로 배열될 수 있고, 이는 상기 L 구성에서 광학 인코더의 특히 컴팩트한 구성을 가능하게 한다.
일부 실시 형태에서, 반사기 및 코드 캐리어는 공통 조립체에 의해 형성된다. 그러므로, 치수에서 그리고 부품들의 상대 간격에서의 공차는 최소화될 수 있고, 이는 광학 인코더의 동작의 측정의 안정성과 정확도를 증가시킨다.
반사기와 코드 캐리어는 서로 일체로 형성될 수 있거나 코드 캐리어는 반사기와 별도로 형성될 수 있지만 반사기에 고정 연결된다. 코드 캐리어와 반사기가 별도로 형성되면, 각각의 이상적인 재료를 선택할 수 있다. 예를 들어 반사기는 미러 플라스틱 부품으로 저렴하게 생산할 수 있는 반면 코드 캐리어는 코드부의 시퀀스를 높은 공간 밀도와 높은 정확도로 저렴한 방식으로 부착할 수 있는 평평한 금속판으로 생산할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 특히 반사기 및 코드 캐리어가 공통 조립체에 의해 형성되는 경우, 반사기는 이동가능하다. 예를 들면, 반사기 및 코드 캐리어는 강체로서 일정하게 이동할 수 있고 그리고 특히 회전 이동의 동일한 회전 속도로 움직일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 특히 반사기 및 코드 캐리어가 공통 조립체에 의해 형성되는 경우, 반사기는 특히 원형 윤곽을 갖는 회전가능한 디스크로서 구성된다. 이 점에서, 반사기의 적어도 하나의 반사부는 회전가능한 디스크의 비스듬히 경사진 주변(특히 외주)에서 배열되는데, 반사부는 특히 반사기의 회전 축선에 대해 비스듬히 경사진다. 회전가능한 코드 디스크로서 코드 캐리어를 구성하는 경우, 비스듬한 주변에 배열된 반사부는 예를 들어 코드 디스크 및/또는 코드 디스크의 회전 축선에 대해 45도 각도로 정렬될 수 있습니다.
일부 실시 형태에서, 특히 반사기 및 코드 캐리어가 공통 조립체에 의해 형성되는 경우, 반사기의 적어도 하나의 반사부는 코드부의 시퀀스와 별도로 형성되고 그리고/또는 코드부의 시퀀스와 이격되어 배열된다. 코드부의 시퀀스는 방사선을 흡수하거나 방사선을 송신하는 것으로 교대로 구성된다. 예를 들면, 코드 캐리어는 반사기의 범위의 주 평면과 평행하게 정렬될 수 있고 한편으로는 반사기의 적어도 하나의 반사부과 다른 한편으로는 방출기 또는 수신기 사이에 배열될 수 있다. 회전가능한 디스크로서의 반사기 및 코드 디스크로서의 코드 캐리어의 실시 형태에서, 반사기와 코드 캐리어는 서로 고정 연결될 수 있고(특히 축선방향으로 이격되어) 공통 회전 축선을 따라 서로 평행하게 배열될 수 있다. 따라서, 코드 디스크는, 예를 들면, 범위의 메인 평면에 대응하는 반사기의 측면에 인접 및/또는 연결될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 코드부의 시퀀스는 전자기 방사선이 특히 코드부의 시퀀스에 또는 실질적으로 수직 방식으로 입사하도록 코드 캐리어에 배치된다 (방출후에 또는 반사후에). 따라서, 높은 해상도가 전자기 방사선의 평행 방출에서 달성될 수 있다. 예를 들면, 코드부의 시퀀스는 원형 반사기에 동축으로 배열되고 그것에 연결되는 원형 링을 형성하는 것을 생각할 수 있다. 원형 반사기와 (예를 들어 원형 또는 원형 링형) 코드 캐리어는 이와 관련하여 개별적으로 제조될 수 있고 공통 조립체를 형성하도록 연결될 수 있다.
위의 설명에 따르면, 일부 실시 형태에서, 반사기는 회전 축선을 중심으로 회전가능하게 지지되는 회전가능한 (특히 원형) 디스크로 구성될 수 있으며, 반사기의 적어도 하나의 반사부는 회전 축선에 대해 비스듬히 경사진 회전가능한 디스크의 주변에 배열된다. 코드 캐리어는 반사기에 고정 연결되고 회전 축선에 수직으로 연장되는 (예를 들면, 원형 또는 원형 링형) 코드 디스크로 구성되며, 코드 캐리어는 적어도 하나의 원형 링형 코드를 가지는데, 이것은 회전 축선으로부터 반경 방향 간격에서, 코드부의 시퀀스를 갖는다. 코드부의 시퀀스는 흡수 방사선 또는 송신 방사선으로 교대로 구성된다.
일부 실시 형태에서, 특히 마지막에 언급된 실시 형태(반사기는 회전가능한 디스크이고; 코드 캐리어는 그에 연결된 코드 디스크임)에서, 적어도 하나의 반사부에 인접하게 배치되고 그리고 전자기 방사선(예를 들면, 수신기에 충돌하지 않는 흡수 또는 편향에 의해)을 차단하는 반사기의 적어도 하나의 차단부는 추가 코드부를 형성할 수 있다. 코드 캐리어(예를 들면, 코드 디스크의 코드 트랙)의 코드부의 시퀀스에 추가하여, 적어도 한나의 추가의 코드부가 형성될 수 있고, 예를 들면, 소위 인덱스 생성기로서 작용하지만 코드 캐리어와 별도로 형성 된다. 특히 코드부의 시퀀스 및 추가 코드부가 동일한 수신기에 의해 검출되도록 제공될 수 있다. 이를 위해, 방출기, 반사기, 코드 캐리어, 및 수신기가 적절한 방식으로 서로에 대해 배열될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 이에 대하여, 코드부의 시퀀스는 방사선을 흡수하거나 반사하는 것으로 교대로 구성된다. 이 점에서, 코드 캐리어 및 반사기는 반사기의 각각의 반사부를 형성하는 반사 코드부와 함께 단일 부품에 의해 형성될 수 있다. 코드 캐리어가 이동되면, 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선은 방출된 방사선이 반사 코드부에 입사하는 경우, 수신기의 수신 축선 방향으로 반사만 된다. 예를 들면, 교대로 방사선 흡수 또는 반사 코드부의 시퀀스는 원형 디스크형 반사기의 주변의 대응하는 설계에 의해 형성될 수 있다. 이 실시 형태는 저해상도만이 필요한 응용에 특히 적합하지만, 견고하고 안정성이 높다. 따라서, 일반적으로, 코드부 중 하나, 일부, 또는 전부는 하나 또는 각각의 반사부에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 특히 코드 캐리어 및 반사기는 단일 부품에 의해 형성되면, 반사기는 복수의 반사부의 시퀀스를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 코드부의 시퀀스는 복수의 반사부의 시퀀스에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 특히 코드 캐리어 및 반사기는 단일 부품에 의해 형성되면, 반사기는 복수의 반사부의 시퀀스에 더하여 반사부의 적어도 하나의 추가 시퀀스를 가질 수 있다. 반사부의 추가 시퀀스는 단일 반사부 또는 복수의 반사부를 가질 수 있다. 추가 시퀀스의 반사부(들)는 특히 소위 인덱스 생성기의 역할을 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 반사기 및 코드 캐리어는 별도의 조립체에 의해 형성된다.
일부 실시 형태에서, 특히 반사기 및 코드 캐리어는 별도의 조립체에 의해 형성되면, 반사기는 이동 불가능하게 배열될 수 있다. 이것은 광학 인코더의 더욱 강력한 구성을 가능하게 한다. 광학 인코더의 교란 경향은 이동가능한 부품의 수를 최소화하므로서 더 감소될 수 있다. 이것은 예를 들면, 방출기가 이동 불가능하게 연결되는 특히, 방출기를 둘러싸거나 덮는 조립체를 형성하는 것을 생각할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 특히 반사기가 이동 불가능하게 배치되고 (예를 들면, 원형 디스크 형상의) 코드 캐리어가 회전가능한 경우, 코드 캐리어는 코드 캐리어의 회전 축선에 대해 축선방향으로 코드 캐리어의 설치가 가능하도록 하는 주변 절결부를 가질 수 있다. 반사기 또는 반사기의 일부는 코드 캐리어의 주연 절결부를 통해 안내된다. 즉, 반경방향 및 주변방향으로 주변 절결부의 치수가 선택될 수 있다. 따라서, 광학 인코더의 동작에서, 코드 캐리어가 코드 캐리어의 회전과 축선방향으로 정렬되어 배열될지라도, 코드 캐리어는 원하는 설치위치로 축선방향으로 고정 반사기를 지나 이동할 수 있다. 이로써 광학 인코더의 설치가 단순화된다. 특히 이러한 주변 절결부는 코드 캐리어의 총 각도 범위 (360도)가 동작에 요구되지 않게 벗어나는 응용을 위해 제공될 수 있다 (예를 들면, LIDAR 센서).
일부 실시 형태에서, 코드 캐리어는 코드부의 복수의 시퀀스를 가지며, 복수의 시퀀스는 서로 옆에 배치된 복수의 코드 트랙을 형성한다. 이와 관련하여, 특히 서로 평행하게 연장될 수 있는 다른 방출 축선을 가진 복수의 방출기를 제공할 수 있고 및/또는 특히 유사하게, 서로 평행하게 연장될 수 있는 다른 수신 축선을 가진 복수의 수신기를 제공할 수 있다. 이미 설명된 바와 같이, 반사기는 또한 서로 옆으로 오프셋 배치된 복수의 반사부 시퀀스를 가질 수 있다.
코드부의 이러한 다중응용에 의해 더욱 정확한 측정이 가능하다. 따라서, 예를 들면, 복수의 코드 트랙은 증분 측정 에 사용될 수 있어서, 코드 캐리어의 회전 방향을 결정하거나 코드 캐리어의 특정 회전 각도를 통한 통로를 검출하고, 그로부터 완료된 회전수를 결정할 수 있다. 각각 복수의 코드부(특히, 다른 시퀀스에)를 가진 복수의 코드 트랙은 특히 절대 위치값의 측정을 위해 사용될 수 있다. 각각 복수의 코드부를 가진 복수의 코드 트랙의 대안으로서, 코드 추적 단지 하나의 코드부 (소위 인덱스)를 가진 코드 트랙이 복수의 코드부의 시퀀스를 가진 코드 트랙에 추가하여 제공될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 방출기는 시준된 빔으로서 전자기 방사선을 방출 하도록 구성된다. 방출기는 예를 들면, 레이저 다이오드를 가질 수 있다 일 실시 형태에 따르면, 광학 인코더는 방출기 (예를 들면, 발광 다이오드)와 반사기 사이에 배열되고 방출 축선을 따라 방출기에 의해 방출된 전자기 방사선을 묶는 시준기 (예를 들면, 수렴 렌즈)를 포함 한다. 따라서, 특히 수신기에서 수신된 변조된 신호의 강도를 증가시키고 더 높은 공간 분해능을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 신뢰성 있고 문제 없는 동작이 가능하고, 그리고 높은 해상도의 위치 검출이 가능한 개선된 광학 인코더를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 예로서만 설명될 것이다.
도 1A 및 도 1B는 수직 배향에서 본 발명에 따른 광학 인코더의 실시 형태 부분의 사시도;
도 2A 내지 2D는 도 1의 실시 형태의 방출 및 수신 장치(20)의 단면도(2A 및 2B) 및 사시도(2C 및 2D);
도 3A는 도 1A 및 도 1B의 실시 형태의 반사기 및 코드 캐리어 부분의 단면도;
도 3B는 추가 실시 형태의 반사기 및 코드 캐리어 부분의 단면도;
도 4A 내지 4C는 도 1A 및 도 1B의 실시 형태 부분의 단면도;
도 5A 내지 5C는 광학 인코더의 수신 장치의 실시 형태를 도시한 평면도;
도 6A 내지 6C는 광학 인코더의 다른 실시 형태 부분의 단면도(6A) 및 2개의 사시도(6B 및 6C);
도 6D는 도 6A 내지 6C의 실시 형태의 반사기를 도시한 사시 저면도;
도 7A 내지 7E는 광학 인코더의 다른 실시 형태 부분의 3개의 사시도(7A, 7B, 및 7D) 및 2개의 단면도(7C 및 7E);
도 8A 내지 8F는 도 6A의 실시 형태 부분의 단면도(8A 및 8D) 및 4개의 사시도(8B, 8C, 8E, 및 8F);
도 9A 내지 9C는 광학 인코더의 다른 실시 형태 부분의 단면도(9A) 및 2개의 사시도(9B 및 9C);
도 9D는 도 9A 내지 9C의 실시 형태의 반사기를 도시한 사시 평면도;
도 10A 내지 10C는 광학 인코더의 다른 실시 형태 부분의 단면도(10A) 및 2개의 사시도(10B 및 10C); 그리고
도 10D는 도 10A 내지 10C의 실시 형태의 반사기의 가능한 설치 단계를 도시한 도면.
도 1A 및 도 1B는 광학 인코더(10)의 실시 형태의 반경 방향 절단 단면을 사시도로 도시한다. 광학 인코더(10)는 방출 및 수신 장치(20); 회전가능하고 대략 원판 형상의 반사기(16); 및 회전가능하고 원형 디스크 형상의 코드 캐리어(18)를 포함한다. 방출 및 수신 장치(20)는 공통 캐리어 부품 (22) 상에 배치된 광전자 방출기(12); 제1 광전자 수신기(14); 및 제2 광전자 수신기(15)를 포함한다.
방출기(12)는 제1 수신기(14)가 수신 축선(E) (도 2A 및 도 2B 참조)을 따라 전자기 방사선을 수신하는 동안 방출 축선(S) (도 2A 및 도 2B 참조)을 따라 전자기 방사선 (예를 들면, 가시 광선, 적외선, 또는 자외선)을 방출하고 그리고, 제2 수신기(15)는 수신 축선 (E') (도 2A 및 도 2B 참조)을 따라 전자기 방사선을 수신한다. 제1 수신기(14) 및 제2 수신기(15) 각각은 적어도 한개의 수신 요소, 특히 포토다이오드 또는 포토다이오드 어레이를 가지고 있는데, 이것은 방출된 전자기 방사선에 민감하고 그리고 전기 신호로 변환할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 방출 축선(S)은 코드 캐리어(18)의 범위 평면 또는 이동 평면과 평행하게 정렬된다.
광학 인코더(10)는 렌즈의 형태로 방출 축선(S)을 따라 배치되고, 방출기(12)에 바람직하게 근접하고, 그리고 방출기(12)에 의해 방출된 전자기 방사선을 묶는 광학 시준기(24)를 더 포함한다.
코드 캐리어(18)는 는 원형 윤곽 및 코드부(26) (또한, 코드 트랙이라고도 함)의 원형 링 형상 시퀀스를 갖는 얇은 코드 디스크(예를 들어 금속으로 구성)로 구성된다. 코드부(26)는 코드 디스크를 통과하고, 반경방향으로 뻗어있고, 그리고 예를 들면, 밀링, 펀칭, 또는 레이저 절단에 의해 형성될 수 있는 길다란 슬릿에 의해 형성된다. 따라서, 코드부(26)의 배열은 수직 또는 실질적으로 수직 방식으로 코드 캐리어(18) 또는 코드 디스크에 입사되는 전자기 방사선에 대해 방사선-송신 또는 방사선-흡수 효과를 번갈아 갖는다. 코드부(26)의 시퀀스에 더하여, 코드 캐리어(18)는 코드부(26)의 시퀀스로부터 반경방향으로 오프셋되어 있는 코드부(27)의 제2 시퀀스를 갖는다. 도시된 실시 형태에서, 코드부(27)의 제2 시퀀스는 전자기 방사선에 의해 제2 수신기(15)가 충돌되게 하는 오목부의 형태의 단일 방사선-송신 코드 요소를 포함한다.
반사기(16)는 범위(28)의 주 평면을 따라 뻗어있고, 그리고 회전 축선(D) (도 3A 및 도 3B 참조)에 대해 회전가능하게 지지되는 원형 윤곽을 가진 디스크로서 구성되어 있다. 범위(28)의 주 평면은 회전 축선(D)과 90도의 각도를 채택하고 있다. 반사기(16)는 회전가능한 디스크의 각각의 주변에 배열된 그리고 회전 축선(D)에 대해서 서로로부터 축선방향으로 그리고 반경방향으로 오프셋되어 있는 2개의 연속 반사부(30a, 30b)를 가지고 있다. 그러므로, 반사부(30a, 30b)는 반사기(16) 또는 회전가능 디스크의 외주의 모따기된 영역에 형성된다. 하부 반사부(30b)는 상부 반사부(30b)에 대해 회전 축선(D) 방향으로 반경방향 오프셋을 가지고 있다. 반사부(30a, 30b) 양자는 여기에서 수평으로 형성된 연결부(30c)에 의해 서로 연결되어 있다.
반사부(30a, 30b)는 방출 축선(S) 및 수신 축선(E, E‘)에 대해 경사져서 배열되어 수신 축선(E, E‘) 방향으로 방출 축선(S)을 따라 방출된 전자기 방사선을 반사한다. 도시된 실시 형태에서, 반사부(30a)는 제1 수신기(14)의 수신 축선(E) 방향으로 전자기 방사선을 반사하는 한편, 반사부(30b)는 제2 수신기(15)의 수신 축선(E') 방향으로 전자기 방사선을 반사한다. 더욱이, 반사부(30a, 30b)는 방출 축선(S)에 대하여 동일한 정렬각도를 가지고 있다. 하지만, 다른 실시 형태에서, 이러한 정렬각도는 또한 다른 값을 채택할 수 있다.
반사기(16)는 불투명 플라스틱으로 제조될 수 있고 반사 코팅 형태의 반사부(30a, 30b)를 가질 수 있다. 반사기(16)가 투명한 플라스틱으로 제조되고 수신 축선(E, E‘) 방향으로 방출 축선(S)을 따라 방출기(12)에 의해 방출된 전자기 방사선을 완전히 반사하는 것도 생각할 수 있다.
도 2A 내지 2D는 도 1의 실시 형태의 방출 및 수신 장치(20)를 두개의 단면도 (2A 및 2B)와 두개의 사시도 (2C 및 2D)로 도시하고 있다. 방출 및 수신 장치(20)에서, 한편으로, 방출기(12) 그리고 다른 한편으로, 제1 수신기(14) 및 제2 수신기(15)가 캐리어 부품(22)상에 L 자 형상으로 배치되어있다. 따라서 방출 축선(S) 및 수신 축선(E) 또는 수신 축선(E')사이의 각각의 정렬각도는 90도에 이른다. 이에 관해서, 방출 축선(S) 그리고 수신 축선(E)은 서로 90도의 각도를 이루는 방출기(12) 및 제1 수신기(14)의 각각의 방출 및 수신표면에 수직을 이룬다. 대응 관계는 또한 수신기(15)의 방출 축선(S) 및 수신 축선(E')에도 적용된다.
도 2A의 표현에서, 방출 및 수신 장치(20)는 도 1A 및 1B 의 실시 형태에 따라 설치된다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 수신기(14, 15)는 지지체(도시되지 않음) 상의 캐리어 부품(22)과 수평으로 배치되는 반면, 방출기(12) 의 고정 평면은 지지체에 대해 90도의 각도로 배열된다. 도 2B는 방출 축선(S)이 면적의 평면 또는 코드 캐리어(18)의 이동 평면에 수직으로 배향되는 역배향을 가진 방출 및 수신 장치(20)를 도시하고 있다. 방출기(12)는 캐리어 부품(22)으로, 지지체에 수평으로 배치되어 있는 반면, 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 각각의 고정 평면은 지지체에 대해 90도의 각도로 배치되어 있다. 방출 및 수신 장치(20)의 L 자형 형성은 두개의 정렬 변형사이의 빠른 변화를 가능하게 하므로, 광학 인코더(10)의 응용에서 높은 수준의 유연성을 제공한다.
도 1A 및 도 1B의 실시 형태에서, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 공통 조립체를 형성한다. 도 3A는 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)를 포함하는 공통 조립체의 부분을 단면도로 도시한다. 이 점에 관해서, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18) 또는 코드 디스크가 회전공통 축선(D)을 따라 서로 축선방향으로 이격되어 배열되어있고 그리고 서로 고정적 (예 접착 결합)으로 연결되어 있다. 회전 축선(D)의 방향은 화살표로 표시된다. 코드 캐리어(18) 또는 코드 디스크는 특히 반사기(16)의 범위(28)의 주 평면과 평행하게 정렬된다. 따라서, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 회전 축선(D)에 대한 회전에서 강체로서 작용하고 그리고 회전 축선(D)에 대한 회전이동에서 동일한 회전 속도 또는 회전 주파수로 이동한다.
도 3B는 반사기(16)와 코드 캐리어(18)를 포함하는 다른 실시 형태의 공통 조립체의 부분을 단면도로 도시한다. 도 1A, 1B 및 도 3A와 달리, 도 3B의 반사기(16)는 원형 윤곽을 가지는 회전가능한 코드 디스크의 둘레에 배치된 단지 하나의 연속적인 반사부(31)를 갖는다.
도 4A는 도 1A 및 1B의 실시 형태의 단면도의 부분을 도시하고 있다. 광학 인코더(10)는, 예를 들면, 그 이동 또는 이동 부품을 결정하기 위해, 연관된 장치(도시생략)에 접속될 수 있다. 광학 인코더(10)는 회전 축선(D)을 통해서 장치의 이동 또는 이동부품을 수신하고 그리고 이/이들을 반사기(16)의 그리고 캐리어 (18)의 회전으로 변환한다. 이러한 목적으로, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 관련장치의 일부분 및/또는 광학 인코더(10)의 일부분이 될 수 있는 회전 축선 (미도시)에 고정적으로 연결될 수 있다.
방출 축선(S)을 따라 방출기(12)에 의해 방출되는 전자기 방사선은 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 각각의 수신 축선(E, E‘)의 방향으로 반사기(16)의 반사부(30a, 30b)에 의해 반사된다. 도 4A에서, 실선 화살표는 반사부(30a, 30b)에 의해 대응하는 방식으로 반사되는 전자기 방사선 의 빔 면적을 나타낸다. 이에 대하여, 점선 화살표는 방출되고 반사되지만 제1 또는 제2 수신기(14 또는 15)에 도달하지 않는 전자기 방사선 의 빔 면적을 나타낸다.
방출기(12)로부터 제1 및 제2 수신기(14, 15)로 가는 중에, 전자기 방사선은 관련장치의 이동에 의해 제공되는 회전속도로 회전 축선(D)에 대해 회전하는 코드 캐리어(18)에 입사한다. 코드 캐리어(18)의 이동으로 인해, 전자기 방사선은 방사선-송신 및 방사선-흡수 코드부(26, 27)에 각각 교대로 입사하는 한편, 제1 및 제2 수신기(14, 15)에 수신된 전자기 방사선은 변조된다. 제1 및 제2 수신기(14, 15)에 입사된 전자기 방사선의 이러한 변조는 코드 디스크(18) 또는 관련장치의 속도, 상대 위치 변화, 또는 절대 위치에 대해 평가될 수 있다.
도 4B 및 도 4C는 방출기(12), 코드 캐리어(18)를 가진 반사기(16), 및 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 상대적 간격에서 위치 편차 및 공차의 영향을 보여준다. 도 4B는 도 4A의 실시 형태의 단면도의 부분을 도시하는데, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)의 공통 조립체는 방출기(12)로부터 그리고 또한 제1 및 제2 수신기(14, 15)로부터 감소된 간격을 가지고 있는데, 즉, 도 4B에 따른 표현 방식으로 반경방향 바깥쪽으로 그리고 축선방향 아래쪽으로 오프셋되어 있다. 이에 대하여, 도 4C는 도 4A의 실시 형태의 단면도의 부분을 도시하는데, 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)의 공통 조립체는 제1 및 제2 수신기(14, 15)로부터 증가된 간격을 가지고 있는데, 즉, 도 4C에 따른 표현 방식으로 축선방향 윗쪽으로 오프셋되어 있다. 도 4B 및 도4C에 나타낸 바와 같이, 설치 및 광학 인코더(10)의 동작 동안에, 통상적으로 오차의 틀 내에서 발생할 수 있는 이들 위치 편차와 간격의 변화 (예를 들면, 진동이나 온도의 영향으로)는 광학 인코더(10)의 작동성에 영향을 주지 않는다. 통상적인 상대 간격으로부터 어긋난 이들 두개의 도시된 경우에서, 전자기 방사선은 반사부(30a, 30b)로부터 얻어지고, 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 방향으로 도 4A의 아날로그 방식으로 편향되고, 그리고 다시 실선 및 점선 화살표로 표시된다. 즉, 광학 인코더(10)는 위치 편차 및 간격의 변화에도 불구하고 안정적인 방식으로 동작할 수 있다.
상기한 실시 형태의 특정 장점은 또한 방출기(12) 및 수신기(14, 15)가 코드 캐리어(18)의 설치를 방해하지 않고 회전 축선(D) (도시된 표현에서 위에서부터 수직방향으로)에 대하여 축선방향(그러므로, 관련 구동축 또는 연결 축을 따라)으로 설치될 수 있다.
상기한 실시 형태는 두개의 수신기(14, 15)를 가지고 있다. 하지만, 단지 한개의 수신기를 가지고 있고 제2 수신기가 생략된 실시 형태도 생각할 수 있다.
도시된 실시 형태에서 제2 수신기(15)에 의해 제공되는 제2 측정 채널은 예를 들어 회전 방향을 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가 응용 에서, 증분 방식으로 작동하는 광학 인코더(10) 에서, 제2 측정 채널은 특정 회전 각도를 통한 통로를 검출하고 그로부터 완료된 회전수를 결정하는 역할을 할 수 있다. 회전 각도의 절대 값을 결정하는데 사용되는 절대적인 방식으로 작동하는 광학 인코더로, 적어도 하나의 추가적인 측정 채널의 형성은 콘트라스트에서 반드시 필요하다.
도 5A 내지 5C는 절대적인 방식으로 작동하는 광학 인코더(10)의 수신 장치의 실시 형태를 평면도로 도시한다. 도 5A에서, 수신기(14)는 서로 선형 행렬로 배열된 한줄의 수신 요소(56), 예를 들면, 포토다이오드에 의해 형성된다. 이점에 관해서, 제1 수신기(14)는 ASIC(58) (주문형 반도체)로 구성된다. 제2 수신기(15)는 특정 포토다이오드에 별도의 수신 요소(56)에 의해 형성되는데, 즉, 제1 수신기로부터 측면으로 오프셋 배치고, ASIC(58)에 통합되지 않는다. 이에 대하여, 도 5B는 도 5A의 실시 형태에 근거한 실시 형태를 도시하지만, 이점에 관해서, 그 수신기 요소(56)가 ASIC(58)에 통합된 제2 수신기(15)를 가지고 있다. 도 5C는 수신장치의 실시 형태를 도시하는데, 수신 요소(58)가 2 차원 매트릭스 형태로 배치하고, ASIC(58)로 구성되어 있다. 이 점에 관해서, 각각의 수신 요소(58)는 이진 코딩의 다른 값들에 대응하여, 회전 각도의 절대 값이 결정될 수 있다. 개별 수신 요소(56)가 ASIC에 통합되어있지 않고 개별적으로 배치되는 점에서, 도 5D의 실시 형태는 도 5C의 실시 형태와 다르다.
도 6A 내지 6C는 광학 인코더(10)의 다른 실시 형태의 부분을 하나의 단면도 (도 6A) 및 두개의 사시도 (도 6B 및 도 6C)로 도시한다. 도 6D는 또한 도 6A 내지 6C의 실시 형태의 반사기(32)를 저면 사시도로 도시한다. 본 실시 형태에서, 반사기(32) 및 코드 캐리어(18)는 회전 축선(D)에 대해서 회전가능하게 지지되는 공통 조립체를 형성한다. 방출기(12), 제1 수신기(14), 및 제2 수신기(15)의 배열은 도 1도 1a의 실시 형태의 배열에 대응한다 (방출 축선(S)은 코드 캐리어(18)의 이동 평면에 평행하게 즉, 수평 방향으로 뻗어있다). 이에 대하여, 도 6A의 실시 형태는, 별도로 구성된 코드 캐리어 (예를 들면, 코드 디스크)를 가지고 있지 않다. 대신, 코드 캐리어는 반사기(32)의 실시 형태에서 통합되어 일체로 형성되어 있다.
이를 위해, 실질적으로 원형인 디스크형 반사기(32)의 외주연은 교대로 방사선-흡수 또는 반사부의 시퀀스로 분할된다. 이에 의해, 동시에 형성된 비스듬히 경사진 반사부(34) 의 시퀀스는 비교적 낮은 해상도를 갖는 코드부의 시퀀스 역할을 한다. 회전 축선(D)을 중심으로 반사기(32)의 회전 이동에서, 방출기(12)에서 방출된 전자기 방사선은 반사부(34)중 하나 또는, 다시 말해서, 반사 코드부 중 하나에 입사하면, 제1 수신기(14)의 수신 축선(E)의 방향으로만 반사된다.
반사기(32)는 반사기(32)의 회전 축선에 대해 반사부(34)의 시퀀스로부터 방사상 오프셋으로 배열되는 반사부(36)의 추가 시퀀스를 갖는다. 도시된 실시 형태에서, 반사부(36)의 추가 시퀀스는 단일 반사부(36)에 의해 형성되는데, 단일 반사부(36)는 증분 방식으로 작동하는 광학 인코더(10)에서 인덱스 발생기로서 사용될 수 있어서, 예를 들면, 회전 축선(D)에 대한 완성 회전수를 결정한다. 그러나, 특히 서로로부터 균일한 각도 간격(예를 들면, 180도, 90도, 또는 45도)으로 복수의 반사부(36)가 또한 제공될 수 있다.
도 1A 내지 4C 및 도 6A 내지 6D에 관해서, 단일 방출 축선(S) 및 단일 수신 축선(E)만이 단일 수신기(14)에 제공되는 하나의 실시 형태가 가능하다는 것을 알 수 있다. 이른바 인덱스 신호도 이러한 실시 형태에서 생성될 수 있다. 광학 인코더(10)의 이러한 실시 형태의 부분이 도 7A 내지 7 E 에 세개의 사시도 그리고 두개 단면도로 도시되어있다. 도 7A 내지 7C는 반사기(16)의 회전의 제1 각도로 광학 인코더(10)를 도시하고 있다. 도 7D 및 도 7E는 반사기(16)의 회전의 제2 각도로 광학 인코더(10)를 도시하고 있다. 방출기(12), 반사기(16), 및 코드 캐리어(18)의 배열은 도1의 실시 형태의 배열에 대응하는데, 즉 반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 회전 축선(D)에 대해 회전가능하게 지지되는 공통 조립체를 형성한다. 도 7의 실시 형태에서, 인덱스 신호가 생성된다. 반사기(16)는 특히 넓은 주변 영역을 통해 뻗을 수 있는 하나 이상의 반사부(34)에 인접하여 주변방향으로 적어도 하나의 차단부(35)를 가지고 있다. 차단부(35)는 전자기 방사선이 수신기(14)와 충돌하는 것을 차단하지만, 코드 캐리어(18)와 분리되고 독립적인 추가적인 코드부를 간접적으로 형성한다. 각각의 차단부(35)는 특히 코드 캐리어(18)의 가장 넓은 방사선-흡수 코드부(26)보다 (식별 가능하게) 큰 주변각도 상에서 뻗을 수 있다. 이에 대해서, 전자기 방사선을 반사 하는 반사부(34)가 빔 경로에 위치하고 있으면, 방출된 전자기 방사선은 수신기(14)의 방향으로 편향된다. 코드 캐리어(18)의 코드부(26)에 의해 변조가 발생할 수 있다. 반사부(34)에 대하여 반경방향으로 또는 축선방향으로 오프셋된 (하나 이상의) 반사부(36)의 다른 시퀀스는 본 실시 형태에서는 불필요하다.
예를 들면, 도시된 실시 형태에서, 반사기(16)는 각각 도 7에 도시된 반사기(16)의 회전 각도로 빔 경로에 위치하고 그리고 전자기 방사선을 차단하는 두개의 다른 차단부(35) (평면을 가진 오목부 또는 평면을 가진 상승부)를 가지고 있다. 하지만, 일반적으로, 단지 하나의 차단부(35)를 가진 또는 특히 동일한 폭 (둘레 각도) 또는 다른 폭 (서로 식별가능)을 가진 동종의 복수의 차단부(35)를 가진 실시 형태가 또한 제공될 수 있다. 차단부(35)는 방출된 전자기 방사선의 수신기(14)로의 충돌의 차단을 예를 들면, 전자기 방사선의 흡수에 의해 또는 수신기(14)로 인도되는 것과 다른 방향으로의 편향에 의해 야기될 수 있다. 특히, 각각의 차단부(35)는 이를 위해 대응 모양, 코팅, 및/또는 표면 구조로 될 수 있다.
도 7A 내지 7E에 도시된 바와 같이, 두개의 차단부(35)가 제공되면, 인덱스 신호는 차단부(35)의 공지된 각각의 폭 (둘레 각도)으로부터 그리고 차단부(35)의 공지된 간격으로부터 특히 안정적으로 발생될 수 있다.
도 8A 내지 8F는 도 6A (방출 축선(S)이 직교 연장 코드 캐리어(18)의 이동 평면에 직각으로, 즉 수직 방향으로 뻗어있다)의 실시 형태 버전 부분의 단면도 (도 8A, 도 8D) 및 네개의 사시도 (도 8B, 8C, 8E, 8F)를 도시한다. 이와 관련하여 도 8A 내지 8C 및 도 8D 내지 8F는 제1 및 제2 수신기(14, 15)로의 각각 다른 충돌을 야기하는 반사부(36)의 회전의 2개의 다른 각도로 광학 인코더(10)를 도시하고 있다. 반사기(32)는 반사기(32)의 회전 축선에 대해서 반사부(34)의 시퀀스로부터 축선방향으로 오프셋되어 배열된 반사부(36)의 다른 시퀀스를 가지고 있다. 이 점에 관해서, 반사부(36)에 입사된 전자기 방사선은 제2 수신기(15)의 제2 수신 축선(E')의 방향으로 편향되어서 후자에 충돌하고 그리고 신호 (도 8A 내지 8C)를 생성한다. 이에 대하여, 전자기 방사선이 반사부(34) 중 하나에 입사 되면, 수신기(14)의 수신 축선(E) 방향으로 편향되어 거기에서 신호를 생성한다(도 8D 내지 8F). 이 실시 형태는 제공하는 신뢰할 수 있고, 강력하고, 그리고 안정적인 대안을 제공하여, 단지 낮은 해상도만을 필요로 하는 측정을 수행한다.
도 9A 내지 9C는 빔 편향이 전반사에 기초하는 광학 인코더(10)의 다른 실시 형태 부분의 하나의 단면도 (도 9A)와 두개의 사시도 (도 9B 및 9C)를 도시한다. 방출기(12), 제1 수신기(14), 및 제2 수신기(15)의 배열은 도1A 또는 도 6A (방출 축선(S)이 코드 캐리어(18)의 이동 평면에 평행하게, 즉 수평 방향으로 뻗어 있다)의 실시 형태와 대응한다. 도 9D는 또한 도 9A 내지 9C의 실시 형태의 반사기(38)를 더 도시한다. 반사기(38)는 투명 재료로 구성된 링(42)이 외연에 돌출하는 대략 원형 디스크형태의 플레이트 (40)로 구성된다. 복수의 프리즘 (44)이 링(42)의 내측에 등 간격으로 배열되고, 이들은 마찬가지로 투명한 재질로 형성되고, 그리고 각각 링(42)의 내측에 형식에 맞는 방식으로 연결된다.
일정한 프리즘 (44)의 시퀀스는 반사부들의 시퀀스를 형성하는데, 전자기 방사선은 회전 축선(D)에 면하는 프리즘 (44)의 모따기면에서 전반사 된다. 본 실시 형태에서 프리즘 (44) 또는 반사부들의 시퀀스는 비교적 낮은 해상도를 가진 코드부들의 시퀀스로서 작용하는데, 즉, 코드 캐리어는 반사기(38)의 구성에 통합된다. 도시한 실시 형태에서, 반사기(38)는 단일 프리즘 (46)에 의해 형성되는 반사부의 다른 시퀀스를 가지고 있다. 프리즘(46)은 프리즘(46)에서 전반사만 전자기 방사선에 의해 제2 수신기(15)에서 충돌이 야기되도록 구성되어 있다.
코드 캐리어 또는 코드 캐리어를 가진 반사기(32, 38)의 축선 방향 설치도 도6, 7, 8, 및 9 에 따른 실시 형태에서 가능하다 (즉, 회전 축선을 따라 설치).
도 10A 내지 10C는 본 발명에 따른 광학 인코더(10)의 다른 실시 형태 부분의 하나의 단면도(도 10A) 및 2개의 사시도(도 10B 및 10C)를 도시한다. 방출 및 수신 장치(20)에서 방출기(12), 제1 수신기(14), 및 제2 수신기(15)의 배열은 예를 들면, 도 1A 및 도 2A 내지 2D에 도시된 실시 형태의 배열에 상응한다. 이에 대하여, 도 10A 및 10B의 실시 형태에서, 코드 캐리어 및 반사기는 더 이상 조립체로서 결합되어 있지 않고 오히려 별도의 조립체를 형성한다.
도 1A 및 2의 실시 형태와 유사하게, 코드 캐리어(48)는 원형의 외형을 갖는 얇은 코드 디스크로 구성되는데, 이것은 도시되지 않은 회전 축선에 대해 회전가능하게 지지되고, 그리고 수신기(14)의 수신 축선(E)에 실질적으로 수직으로 배향되어 있다. 코드 캐리어(48)는 코드 캐리어(48)의 반경방향으로 뻗어있는 예를 들면, 길다란 슬릿으로 다시 구성될 수 있는 그리고 예를 들면, 밀링, 펀칭, 레이저 절단에 의해 형성될 수 있는 코드부(50)의 시퀀스를 가지고 있다. 코드부 (50)의 시퀀스에 더하여, 코드 캐리어(48)는 코드부 (50)의 시퀀스로부터 반경방향으로 오프셋되어 있는 코드부(51)의 제2 시퀀스를 갖는다. 도시된 실시 형태에서, 코드부(51)의 제2 시퀀스는 제2 수신기(15)가 전자기 방사선에 의해 충돌되게 하는 오목부의 형태의 단일 방사선-송신 코드 요소(51)를 포함하고 있다.
이에 대하여, 반사기(52)는 홀더(53)에 의해 코드 캐리어(48) 위의 위치에 유지되는 이동 불가능한 개별 조립체로 구성된다. 반사기(52)는 코드 캐리어(48)의 회전 축선에 대하여 비스듬히 경사진 그리고 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 수신 축선(E, E')의 방향으로 방출 축선(S)을 따라 방출된 전자기 방사선을 반사하는 두개의 반사부(54a, 54b)를 가진다.
비스듬히 경사진 반사부(54a, 54b)은 코드 캐리어(48)의 회전 축선에 대해 서로로부터 축방향 및 반경 방향으로 오프셋되어 배열되고 여기에서 수평으로 형성된 연결부(54c)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 하부 반사부(54b)는 상부 반사부(54a)에 대해 회전 축선(D)의 방향으로 반경방향으로 오프셋되어 있다. 또한, 반사부(54a, 54b)는 방출 축선(S)에 대해 동일한 정렬각도를 가지고 있다. 하지만, 이 정렬각도는 다른 실시 형태에서는 다른 값을 가질 수 있다.
반사기(52)는 예를 들어 불투명 플라스틱을 포함할 수 있고 반사부(54a, 54b)에서 반사 코팅을 가질 수 있다. 반사기(52)가 (적응된 형상으로) 투명 플라스틱으로 제조되고 방출기(12)에 의해 방출된 전자기 방사선이 코드 캐리어(48)와 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 방향으로 전반사 된다는 것도 생각할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 반사기(52)는 광학 인코더(10)의 방출 및 수신 장치(20)의 일부로 구성된다. 그러나, 반사기(52)는 별도의 조립체로서 존재할 수 있고, 그리고 방출 및 수신 장치(20)와 독립적으로 이동 불가능하게 설치될 수 있다. 도 10D는 사시도로 예시되어 있는데, 여기에서 방출 및 수신 장치(20) 및 코드 캐리어(48)가 이미 설치되어 있는 시점에서 반사기(52)만이 설치될 수 있다.
대안적으로, 코드 캐리어(48)는 이미 설명된 바와 같이 회전 축선을 따라 축선방향 설치를 가능하게 하는 주변 절개부를 가질 수 있다.
방출 및 수신 장치(20)의 반전 설치 그리고 이에 관련되어 한편의 방출기(12) 그리고 다른 한편의 제1 및 제2 수신기(14, 15)의 위치의 교환으로 인해, 도 10A 내지 10D의 실시 형태는 면적의 평면 또는 코드 캐리어(48)의 이동 평면에 수직으로 방출 축선(S) (도 2B에 도시된 바와 같이)이 배향되는 배향방식으로 또한 실시될 수 있다.
상기 설명한 실시 형태와 달리, 복수의 방출기(12)가 구비될 수 있는데, 특히, 코드부(26)의 각 시퀀스를 위한 별도의 방출기(12) 및/또는 각각의 수신기(14, 15)를 위한 별도의 방출기(12)가 구비될 수 있다. 각각의 별도의 방출기(12)는 자체 시준기(24)를 가질 수 있거나 공통 시준기(24)가 제공될 수 있다.
상술한 실시 형태들은 90도의 값을 갖는 방출 축선(S)과 수신 축선(E, E') 사이의 정렬각도를 예시한다. 이로써 심플한 디자인이 완성된다. 그러나 응용 및 설치 환경에 따라, 방출 축선(S)과 수신 축선(E, E') 사이의 정렬각도의 다른 값이 또한 제공될 수 있는데, 특히 더 큰 값(예를 들면, 120도 또는 150도)이 제공되어 방출기(12) 및 수신기(14, 15)의 더 평평한 배열을 가능하게 하고, 또는 더 작은 값 (예를 들면, 60도 또는 30도)이 제공되어 방출기(12) 및 수신기(14, 15)의 더욱 인접한 배열을 가능하게 한다. 각각의 반사기(16,32, 38, 52)의 정렬은 상응하게 맞출 수 있다 (경면 반사기의 경우, 특히 방출 축선(S)과 수신 축선(E, E') 사이의 정렬각도의 절반으로).
10 광학 인코더
12 방출기
14 수신기
15 초 수신기
16 반사기
18 코드 캐리어
20 방출 및 수신 장치
22 캐리어 부품
24 시준기
26 코드부
27 코드부
28 범위의 주 평면
30a 반사부
30b 반사부
30c 연결부
31 반사부
32 코드 캐리어를 가 있는 반사부
34 반사부 또는 반사 코드부
35 차단부
36 반사부
38 반사기
40 원형 디스크형 판
42 투명 링
44 프리즘
46 프리즘
48 코드 캐리어
50 코드부
51 코드부
52 반사기
53 홀더
54a 반사부
54b 반사부
54c 연결부
56 수신 요소
S 방출 축선
E, E' 수신 축선
D 회전 축선

Claims (18)

  1. 방출기(12); 수신기(14); 반사기(16); 및 코드 캐리어(18)를 포함하고 있고,
    방출기(12)는 반사기(16)의 방향으로 방출 축선(S)을 따라 전자기 방사선을 방출하고;
    반사기(16)는 수신기(14)의 방향으로 수신 축선(E)을 따라 전자기 방사선을 편향시키는 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)를 가지며;
    코드 캐리어(18)는 이동 가능하게 지지되고 그리고 코드 캐리어(18)의 위치에 따라 방출된 전자기 방사선을 차단하거나 방출된 전자기 방사선이 수신기(14)에 충돌하도록 하는 코드부(26)의 시퀀스를 가지고 있고; 그리고
    방출 축선(S) 및 수신 축선(E)은 30도 내지 150도 범위의 값을 갖는 서로에 대해 정렬각도로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 방출 축선(S)과 상기 수신 축선(E) 사이의 정렬각도는 90도인 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 코드 캐리어(18)는 회전 축선(D)을 중심으로 회전가능하게 지지되고, 회전 축선(D)으로부터 방사상 간격으로 코드부(26)의 시퀀스를 갖춘 적어도 하나의 원형 링형상의 코드 트랙(25)을 가진 코드 디스크로서 구성 되고; 또는
    상기 코드 캐리어(18)는 코드부(26)의 시퀀스를 갖는 적어도 하나의 직선 코드 트랙을 갖는 선형으로 이동가능한 코드 스트립으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  4. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    코드부(26)의 시퀀스는 한편으로는 방사선을 흡수하고 다른 한편으로는 방사선을 송신시키거나 반사시키는 것으로 교대로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  5. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사기(16)의 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)는 특히 45도의 각각의 각도에서 방출 축선(S)과 수신 축선(E)에 비스듬하게 정렬된 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  6. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 공통 조립체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 반사기(16)는 이동가능한 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    반사기(16)는 회전가능한 디스크로 구성되고, 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)는 회전가능한 디스크의 비스듬하게 경사진 주변에 배열된 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  9. 제6 항 내지 제8 항에 있어서,
    반사기(16)의 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)는 코드부(26)의 시퀀스와 별도로 형성되고, 코드부(26)의 시퀀스는 방사선을 흡수하거나 방사선을 송신하는 것으로 교대로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 코드부(26)의 시퀀스는 상기 코드 캐리어(18)에 배열되어 상기 전자기 방사선이 수직 또는 실질적으로 수직인 방식으로 코드부(26)의 시퀀스에 입사하는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  11. 제1항 또는 제2 항에 있어서,
    반사기(16)는 회전 축선(D)을 중심으로 회전가능하게 지지되는 회전가능한 디스크로 구성되며, 반사기(16)의 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)는 회전 축선(D)에 대해서 비스듬하게 경사진 회전가능한 디스크의 주변에 배열되고; 그리고
    코드 캐리어(18)는 반사기(16)에 고정적으로 연결된 그리고 회전 축선(D)의 법평면을 따라 뻗어있는 코드 디스크로서 구성되어 있고, 코드 캐리어(18)는 회전 축선(D)으로부터 방사상 간격으로 코드부(26)의 시퀀스를 갖춘 적어도 하나의 원형 링형상의 코드 트랙(25)을 가지고 있고, 그리고 코드부(26)의 시퀀스는 방사선 흡수로서 또는 방사선 송신으로서 교대로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  12. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)에 인접하게 배치되고 방출된 전자기 방사선을 차단하는 상기 반사기(16)의 적어도 하나의 차단부(35)는 추가의 코드부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  13. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코드부(26)의 시퀀스는 방사선을 흡수하거나 반사하는 것으로 교대로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  14. 제1 항 내지 제8 항 또는 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    코드부(26)의 하나, 일부, 또는 전부는 적어도 하나의 반사부(30a, 30b)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  15. 제1 항 내지 제8 항, 제13 항 또는 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사기(16)는 복수의 반사부(30a, 30b)의 시퀀스를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  16. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사기(16) 및 코드 캐리어(18)는 개별 조립체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 반사기(16)는 이동 불가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
  18. 이전 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코드 캐리어(18)는 코드부(26)의 복수의 시퀀스를 가지며, 상기 복수의 시퀀스는 서로에 대해 옆으로 배치되는 복수의 코드 트랙을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 인코더(10).
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