TWI610063B - 光學編碼器 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種光學編碼器，其主要之特徵則係在於使該第二透光區具有二個別之圓形區域，並使各該圓形區域對應於該感測光通過該碼盤之同一周期位置，藉此，除可獲得更接近於弦波之類比訊號外，更具有製程容易之便利性。
Description
本發明係與位置感測技術有關，特別是關於一種光學編碼器。
透過感測光之變動所獲得之訊號以達到測量機械幾何位移量之光學編碼器，為使所獲得之類比訊號更接近於弦波訊號，習知技術乃揭露有將光接收面積之形狀改變呈矩形、梯形、菱形、波浪或V字等形狀，以獲得接近於弦波之類比訊號。
習知技術固然已揭示了透過改變光接收面積之形狀，可以將感測之類比訊號調整至更接近於弦波值，惟由於其形狀過於複雜，於加工上尚非稱便利，而有製程不易之缺失存在。
因此，本發明之主要目的即係在提供一種光學編碼器，其光接收面積之形狀係以至少二圓形所形成者，除可獲得更接近於弦波之類比訊號外，其光接受面積之形狀相較於習知技術而言，更具有製程容易之便利性。
緣是，為達成上述目的，本發明所提供之光學編碼器乃係包含了有一用以發射感測光之光發射單元、一用以感測該感測光之光感測單元，以及一周期性地阻擋該感測光到達該光感測單元之碼盤，其中，該光
感測單元係具有一受光元件，感測周期性通過該碼盤而來之該感測光，一遮罩，介於該受光元件與該碼盤之間，並形成有容許該感測光通過之至少一第二透光區，而其主要之特徵則係在於使該第二透光區具有二個別之圓形區域，並使各該圓形區域對應於該感測光通過該碼盤之同一周期位置。
更進一步來說，該第二透光區更包含有兩三角形區域，係介於各該圓形區域之間，彼此並以頂點相接且各自以兩股與鄰接之圓形區域相切。
其中，該第二透光區所具有之圓形區域之數量係為三。
其中，該第二透光區係更包含有二連接區域，係分別介於該些圓形區域之間，並由各該圓形區域相鄰彼此間之切線形成該些連接區域之邊界。
其中，各該圓形區域之半徑係彼此互異。
(10)‧‧‧光學編碼器
(20)‧‧‧碼盤單元
(21)‧‧‧轉軸
(22)‧‧‧碼盤
(30)‧‧‧光發射單元
(31)‧‧‧光源元件
(40)‧‧‧光感測單元
(41)‧‧‧受光元件
(42)‧‧‧遮罩
(421)(421a)(421b)(421c)(421d)‧‧‧第二透光區
(4211)(4212)(4211a)(4212a)(4211b)(4212b)(4211c)(4212c)(4215c)(4211d)(4212d)(4215d)‧‧‧圓形區域
(4216d)(4217d)‧‧‧連接區域
第一圖係本發明第一實施例所揭光學編碼器之俯視方向立體圖。
第二圖係本發明第一實施例所揭光學編碼器之仰視方向立體圖。
第三圖係本發明第一實施例所揭光學編碼器之平面示意圖。
第四圖係本發明第一實施例所揭光學編碼器之遮罩平面示意圖。
第五圖係本發明第一實施例所揭光學編碼器中單一第二透光區之平面圖。
第六圖係本發明第二實施例所揭光學編碼器中單一第二透光區之平面圖。
第七圖係本發明第三實施例所揭光學編碼器中單一第二透光區之平面圖。
第八圖係本發明第四實施例所揭光學編碼器中單一第二透光區之平面圖。
第九圖係本發明第五實施例所揭光學編碼器之遮罩平面示意圖。
第十圖係本發明第五實施例所揭光學編碼器中單一第二透光區之平面圖。
第十一圖係本發明第五實施例所揭光學編碼器以MATLAB模擬之訊號圖形。
第十二圖係本發明第五實施例所揭光學編碼器以ASAP模擬之訊號圖形。
首先，請參閱第一圖至第五圖所示，在本發明第一實施例中所提供之光學編碼器(10)，其主要乃係包含了有碼盤單元(20)、光發射單元(30)以及光感測單元(40)。
碼盤單元(20)具有轉軸(21)與碼盤(22)。碼盤(22)以幾何形狀中心同軸地固設於轉軸(21)之一端上，而得在受有外力下以轉軸(21)為自轉軸為轉動；更進一步來說，碼盤(22)係具有盤身(221)，係呈圓片狀並可阻擋光之通過，多數之第一透光區(圖上未示)被設置於盤身(221)上，而可容許光線之通過，其中，各第一透光區個別之設置位置與尺寸等相關技術內容，係屬習知技術所已公開，而為本發明所屬技術領域中具有通常知識者
均已知悉之技術內容，於此即無庸再為冗言。
光發射單元(30)與光感測單元(40)係被分別定位設置在碼盤(22)兩側之相對位置上，俾由光感測單元(40)感測來自光發射單元(30)且通過碼盤(22)之光，惟關於其具體之定位設置技術，並非本發明之技術特徵所在，且屬習知技術所已揭露之範躊，遂不予贅陳，但對與本發明有關者則另為說明如次。
光發射單元(30)具有光源元件(31)，係朝光感測單元(40)所在位置之方向發射感測光，惟所發射之感測光因受盤身(221)之阻蔽，僅能第一透光區經過之際始得以通過碼盤(22)而到達到光感測單元(40)所在，藉此，光發射單元(30)持續發射之感測光，即透過盤身(221)之阻擋與第一透光區之容許通過，而周期性地穿透碼盤(22)並為光感測單元(40)所感測。
光感測單元(40)具有受光元件(41)及遮罩(42)。受光元件(41)係以碼盤(22)為界而與光發射單元(30)之光源元件遙相相對，用以感測周期性通過碼盤(22)而來之感測光。遮罩(42)介於受光元件(41)與碼盤(22)之間，係形成有容許該感測光通過之多數第二透光區(421)，俾以藉由第二透光區(421)構成受光元件(41)之光接收面積形狀，使感測之類比訊號更接近於弦波值；具體而言，第二透光區(421)分別具有彼此半徑相等之二圓形區域(4211)(4212)，係彼此以圓心對稱地且相隔開來地位於感測光通過該碼盤(22)之同一周期位置，以構成受光元件(41)之光接受面積形狀，以接受同一周期之感測光，並獲得對應的類比訊號。
藉由上揭第一實施例中以圓形幾何形狀為基礎所構成之第
二透光區，其除可獲得接近於弦波值之類比訊號外，更重要的是本發明簡化了遮罩上透光部位之形狀係以易於製造之圓形為基礎構成，相較於習知技術而言，本發明係大幅地降低了製造的難度，更有助於良率與準確度的提昇。
進一步來說，本發明以圓形形狀為基礎所組構而成之遮罩透光部位形狀，除如前揭第一實施例中所揭的兩個具相同半徑之對稱圓形外，亦得以在半徑尺寸、圓形數量多寡或與其他幾何或不規則性狀之組合等進行改變，其所得達成之功效仍與前述第一實施例所揭者相仿，茲即具體說明如次：請參閱第六圖所示本發明第二實施例所揭令用以構成各第二透光區(421a)之二圓形區域(4211a)(4212a)彼此之半徑為互異者，是為就圓形半徑尺寸之改變。
請參閱第七圖所示本發明第三實施例所揭者，其係使各第二透光區(421b)除具有二不等半徑之圓形區域(4211b)(4212b)外，更包含有二彼此以頂點相接之三角形區域(4213b)(4214b)，並使各三角形區域之兩股分別與各圓形區域(4211b)(4212b)相切接。
請參閱第八圖所示本發明第四實施例所揭，其係使各第二透光區(421c)所具有圓形區域的數量係分別為三，並且使三圓形區域(4211c)(4212c)(4215c)彼此之半徑互異並相隔開來，且對應於感測光通過碼盤之同一周期位置。
請參閱第九圖與第十圖所示本發明第五實施例所揭，其係使遮罩(42d)所具有之多數第二透光區(421d)，除分別具有三半徑互異且彼此相
隔開來之圓形區域(4211d)(4212d)(4215d)外，更包含有介於相鄰圓形區域(4211d)(4212d)(4215d)間之二連接區域(4216d)(4217d)，並由各圓形區域(4211d)(4212d)(4215d)相鄰彼此間之切線形成各該連接區域(4216d)(4217d)之邊界。
於第二實施例至第五實施例中所揭者，均僅為本發明以圓形為遮罩部位透光形狀組構基礎之例示說明，並非僅以之為限。
而在功效上，則舉以第五實施例進行說明，在第十一圖中，第五實施例透過MATLAB模擬所得之類比訊號圖形，與理想弦波比之均根誤差為0.0063，而於第十二圖中，第五實施例透過ASAP模擬所得之類比訊號圖形，其與理想弦波比之均根誤差為0.0944，以之與長方形及v形形狀構成遮罩透光部位之先前技術進行比較如下表：
顯見第五實施例有更為接近理想弦波值之功效，輔以其製程更為簡便之功效，本發明有著較先前技術更為顯著的功效增進。
(10)‧‧‧光學編碼器
(20)‧‧‧碼盤單元
(22)‧‧‧碼盤
(30)‧‧‧光發射單元
(40)‧‧‧光感測單元
Claims (5)
- 一種光學編碼器，包含有：一光發射單元，具有一光源元件，係發射一感測光；一碼盤，位於該光發射單元之一側，具有一盤身，係可擋止該感測光之行進，且可受外力而沿一轉軸為自轉之運動；以及至少一第一透光區，設於該盤身上，係容許該感測光之通過，據此，當該盤身轉動時，係使該感測光經由該第一透光區周期性地通過該碼盤；以及一光感測單元，係以該碼盤為界而與該光發射單元遙相對應，具有一受光元件，其中該光源元件係朝該受光元件發射該感測光，藉此該受光元件係感測周期性通過該碼盤而來之該感測光；以及一遮罩，介於該受光元件與該碼盤之間，並形成有容許該感測光通過之至少一第二透光區；其特徵在於：該第二透光區具有二個別之圓形區域，係對應於該感測光通過該碼盤之同一周期位置；藉此，該感測光係受該盤身之遮蔽，周期性地通過該第一透光區再經由該第二透光區而為該受光元件所感測。
- 如請求項1所述之光學編碼器，其中，該第二透光區係更包含有兩三角形區域，係介於各該圓形區域之間，彼此並以頂點相接且各自以兩股與鄰接之圓形區域相切。
- 如請求項1所述之光學編碼器，其中，該第二透光區所具有之圓形區域之數量係為三。
- 如請求項3所述之光學編碼器，其中，該第二透光區係更包含有二連 接區域，係分別介於該些圓形區域之間，並由各該圓形區域相鄰彼此間之切線形成該些連接區域之邊界。
- 如請求項1、3或4項所述之光學編碼器，其中，各該圓形區域之半徑係彼此互異。
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