TWI675187B

TWI675187B - 光學編碼器

Info

Publication number: TWI675187B
Application number: TW106144566A
Authority: TW
Inventors: 周明杰; 李企桓; 陳易呈
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-10-21
Also published as: TW201928303A; CN109931965A

Abstract

一種光學編碼器，包含光源模組、檢光器、編碼盤、第一光學透鏡組及第二光學透鏡組。光源模組用以發出光束。檢光器用以接收光束。編碼盤介於光源模組與檢光器之間。第一光學透鏡組位於光源模組與編碼盤之間。第一光學透鏡組與光源模組保持第一距離，並與編碼盤保持第二距離。第二光學透鏡組位於編碼盤與檢光器之間。第二光學透鏡組與編碼盤保持第三距離，並與檢光器保持第四距離。第一距離、第二距離、第三距離及第四距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令第一光學透鏡組將光束聚焦至編碼盤，並令第二光學透鏡組將光束聚焦至檢光器。

Description

光學編碼器

本發明係關於一種光學編碼器，特別是一種光學透鏡組符合對稱式光學投影原理的光學編碼器。

編碼器做為伺服馬達定位的感測模組，其廣泛應用於工具機、機器人及半導體設備等。其中，編碼器的精準度直接影響到機械設備的定位表現。目前全球工業全面自動化的驅勢，對於伺服馬達的需求與日俱增。

編碼器是一種將資訊由一種特定格式轉換為其他特定格式的傳感器、軟體或是演算法，轉換的目的可能是由於標準化、速度、保密性、保安或是為了壓縮資料。其中，旋轉編碼器是將旋轉位置或旋轉量轉換成類比或數位訊號的機電裝置，其依構造主要可分為光學式編碼器及機械式編碼器兩種。光學編碼器中係為也有一個會和主軸同步旋轉的圓盤，圓盤由玻璃或塑膠製成，其中有分為許多同心圓狀的透明及不透明的區域。在圓盤的兩側分別有光源及光感測器陣列，其讀到的資料可以表示圓盤的位置，並將讀到的資料傳送到微處理器，轉換為軸的位置。

習知的光學式編碼器於24位元定位精度時，每格定位寬度僅10微米，已達傳統幾合光學的解析能力極限，會產生繞射干擾問題。此外，因光束直線前進的特性，檢光器之感測元件亦需要以10微米的寬度緊密排列，故不論在檢光器感測陣列的製作或組裝對位上都有極高的困難度。

此外，習知的光學式編碼器為提高能量而採用雷射光源(Laser Diode, LD)，其會導致編碼器的生產成本提高及使用壽命較短等問題。並且，光學式編碼器以雷射做為光源時，需搭配高精度之光罩製程製作光學編碼盤，才能利用繞射現象讓檢光器接收編碼訊號。如此會使編碼器有較高的生產成本，進而產生量產性低的問題。

本發明之一實施例所揭露之光學編碼器，包含一光源模組、一檢光器、一編碼盤、一第一光學透鏡組以及一第二光學透鏡組。光源模組用以發出一光束。檢光器用以接收光束。編碼盤介於光源模組與檢光器之間。第一光學透鏡組位於光源模組與編碼盤之間。第一光學透鏡組與光源模組保持一第一距離，且第一光學透鏡組與編碼盤保持一第二距離。第二光學透鏡組位於編碼盤與檢光器之間。第二光學透鏡組與編碼盤保持一第三距離，且第二光學透鏡組與檢光器保持一第四距離。其中，第一距離、第二距離、第三距離以及第四距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令第一光學透鏡組將來自光源模組的光束聚焦至編碼盤，並令第二光學透鏡組將穿透編碼盤之光束聚焦至檢光器。

本發明之另一實施例所揭露之光學編碼器包含一光源模組、一編碼盤、一檢光器、一光學透鏡組、一反射式偏光元件以及一偏振分光鏡。光源模組用以發出一光束。編碼盤位於光束路徑上。檢光器用以接收經過編碼盤之光束。光學透鏡組位於光源模組與編碼盤之間。光學透鏡組與光源模組保持一第一距離，且光學透鏡組與編碼盤保持一第二距離。反射式偏光元件位於編碼盤遠離光學透鏡組的一側，用以反射經過編碼盤之光束。偏振分光鏡位於光源模組與光學透鏡組之間。偏振分光鏡與光學透鏡組保持一第五距離，且偏振分光鏡與檢光器保持一第六距離。其中，第五距離與第六距離長度的總合等於第一距離，且第一距離、第二距離、第五距離與第六距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令光學透鏡組將來自光源模組並穿透偏振分光鏡後的光束聚焦至編碼盤，並將由反射式偏光元件反射回之光束聚焦至偏振分光鏡，再透過偏振分光鏡將光束反射至檢光器。

根據上述實施例所揭露的光學編碼器，藉由光學透鏡組匯聚光束的功能，使光束聚焦於編碼盤上以經過寬度僅6~10微米的光柵，並將經過編碼盤而發散的光線聚焦至檢光器，透過對稱式光學投影原理，其透鏡設計特定的成像收光位置，使編碼後的光束能以較大的寬度間距照射於檢光器。如此，於檢光器上的感測單位可有較寬鬆的排列設置，使其與編碼盤的對位精度需求降低。藉此，可突破傳統編碼器對於高精度位置編碼之解析障礙，同時亦可降低對位精度。此外，藉由聚光的方式將光束聚焦於編碼盤上，使照射於檢光器上的光束具有較大的能量，藉此可使照射於檢光器的編碼訊號更加清晰，進而具有更佳的訊號雜訊比。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參閱圖1及圖2，圖1為根據本發明之第一實施例所述之光學編碼器的側視示意圖，而圖2為圖1之編碼盤的局部正視示意圖。

本實施例之光學編碼器1包含光源模組10、檢光器20、感測電路30、編碼盤40、第一光學透鏡組50以及第二光學透鏡組60。

於本實施例中，光源模組10為微型發光二極體陣列(Micro LED array)，用以發出為長條形光場的光束L。本實施例光源模組10所採用的微型發光二極體的好處為其可搭配線寬2微米以上之光罩製程製作的光學編碼盤，相較於雷射二極管(Laser Diode, LD)及其需搭配之高精度光罩(精度約為0.25微米)，微型發光二極體及用以製作與其搭配之光學編碼盤的光罩生產成本較低。此外，微型發光二極體之使用壽命一般較雷射二極管長。也就是說，相較於雷射二極管，微型發光二極體具有高量產性及高耐用性之特色。然而，以微型發光二極體為光源之特徵並非用以限定本發明。於其他實施例中，光源模組亦可依實際需求而採用發光二極體(LED)。

檢光器20相對光源模組10而設，用以接收光源模組10發出之光束L。於本實施例中，檢光器20係由多個感測元件21所組成，且感測元件21為感光二極體(Photodiode, PD)，但本發明不以此為限。於其他實施例中，檢光器可為感測陣列模組或由多個感測陣列模組所組成；此外，感測元件21亦可為雪崩型感光二極體(Avalanche Photodiode, APD)。

感測電路30連接檢光器20，用以解析檢光器20所傳出之訊號。

編碼盤40介於光源模組10與檢光器20之間，編碼盤40中心可連接於馬達(未繪示)的轉軸(未繪示)，藉以透過馬達(未繪示)驅動編碼盤40旋轉。

第一光學透鏡組50位於光源模組10與編碼盤40之間。第一光學透鏡組50包含第一透鏡51以及第二透鏡53，且第二透鏡53較第一透鏡51靠近編碼盤40。第一光學透鏡組50與光源模組10保持第一距離D1，且第一光學透鏡組50與編碼盤40保持第二距離D2。

第二光學透鏡組60位於編碼盤40與檢光器20之間。第二光學透鏡組60包含第一透鏡61以及第二透鏡63，且第二透鏡63較第一透鏡61靠近編碼盤40。第二光學透鏡組60與編碼盤40保持第三距離D3，且第二光學透鏡組60與檢光器20保持第四距離D4。

請配合參照下表一，係為本實施例第一及第二光學透鏡組50、60於一示例中，各透鏡之光學參數列表。

於本實施例中，第一距離D1等於第四距離D4，第二距離D2等於第三距離D3，且第一距離D1相異於第二距離D2。如此，第一距離D1、第二距離D2、第三距離D3以及第四距離D4符合對稱式光學投影原理的定義。藉由第一光學透鏡組50及第二光學透鏡組60聚光的功能，以令第一光學透鏡組50將來自光源模組10的光束L聚焦至僅具有例如10至40微米寬之光柵的編碼盤40上，並令第二光學透鏡組60將穿透編碼盤40而發散之光束L以較10至40微米寬度大的間距聚焦至檢光器20上。藉此，於檢光器20上的感測元件21可較寬鬆的排列設置，使其與編碼盤40的對位精度需求降低。此外，藉由聚光的方式將光束L聚焦於編碼盤40上，相較於以平行光投射的方式，本實施例照射於檢光器20上的光束L具有較大的能量，藉此可使照射於檢光器20的編碼訊號更加清晰，進而具有更佳的訊號雜訊比。

上述第一光學透鏡組50及第二光學透鏡組60與光源模組10、編碼盤40及檢光器20間距離(亦即第一距離D1、第二距離D2、第三距離D3及第四距離D4)之關係並非用以限定本發明。於其他實施例中，在符合對稱式光學投影原理之定義的前提下，第一距離、第二距離、第三距離以及第四距離可皆相等，或於其他實施例中，第一距離等於第二距離，第三距離等於第四距離，且第一距離可相異於第三距離。

於本實施例中，編碼盤40包含絕對式編碼圖案及細分割式編碼圖案。詳細來說，請參閱圖2，編碼盤40包含多個透光區41以及多個不透光區43，這些透光區41及不透光區43的形狀皆實質上為四邊形，且彼此交錯排列而形成編碼圖案。所述實質上為四邊形，係將透光區41及不透光區43在切線方向上為弧形的邊視為直線，與徑向方向上直線的邊共同圍成四邊形的區域。

請參閱圖3，係為圖1之檢光器及編碼盤上的絕對式編碼圖案的局部放大示意圖。絕對式編碼圖案的透光區41及不透光區43的形狀皆為矩形，且寬度W可例如為10微米。於本實施例中，絕對式編碼圖案沿長條形光束L的光場方向列有14個編碼圖案，並配合檢光器20上的14個感測元件21，透過透光區41及不透光區43特定的編碼排列方式，可提供14位元的光學定位精度。其中，絕對式編碼圖案可例如為二進碼十進數 (Binary-Coded Decimal, BCD)編碼或格雷碼(Gray code)等編碼方式，但不以此為限。於本實施例中，沿光束L方向上之編碼圖案的數量為14個的特徵並非用以限定本發明。於其他實施例中，沿光束方向上之編碼圖案的數量可依實際需求而增減。

請參閱圖4A至4C，係為圖1之檢光器及編碼盤上的細分割式編碼圖案的局部放大和作動示意圖。細分割式編碼圖案的透光區41及不透光區43的形狀皆為平行四邊形且彼此交錯排列，其編碼寬度W可例如為10微米。當編碼盤40轉動時，由於透光區41的形狀為平行四邊形，照射於編碼盤40上的光束L可在同一時間僅部分光束L穿透同一透光區41而照射至編碼盤40後方之檢光器20的數個感測元件21上(如圖4A~圖4C中標示為1的感測元件21)，而另一部分的光束L則被不透光區43遮擋。如圖4A所示，此編碼盤40的局部放大區域示意圖上，僅最上方的感測元件21受光束L照射，其餘的感測元件21(如圖4A中標示為0的感測元件21)則因對應的光束L位置被不透光區43遮擋而未感測到光束L。隨著編碼盤40的轉動，在某一時刻如圖4B所示，於此區域中，整條光束L皆未受到不透光區43的遮擋，使後方所有的感測元件21皆受光束L照射。接著，隨編碼盤40持續轉動而在另一時刻如圖4C所示，於此區域中光束L自上方開始受到不透光區43的遮擋，使最上方的感測元件21(如圖4C中標示為0的感測元件21)不受光束照射。如此，檢光器20上的多個感測元件21在同一時間可有部分感測元件21感應到光束L，而部分感測元件21未感應到光束L。藉此，隨著編碼盤40的移動而有不同數量的感測元件21感應到光束L，而可解析出不同位置，達到較佳的解析精度。此外，細分割式編碼還可搭配解析相鄰二個感測元件21感應到光束L的能量差，藉以解析出倍數的位置精度，亦可降低感測元件21的使用數。

詳細來說，在細分割式編碼部分，當檢光器20的感測元件21可感應到光束L的能量差異且數量達1024條時，可提供10位元(bits)的訊號解析度，而在絕對式編碼部份，其搭配光源模組10原所提供例如為14位元的光學定位解析度時，使得光學編碼器1可達到24位元的解析度。於本實施例中，透過上述圖4A~圖4C編碼盤上的細分割編碼圖案，藉由解析相鄰二個感測元件21感應到光束L的能量差，可解析出倍數的位置精度。舉例來說，當感測元件21可感應並解析其照光面積及所對應的光能量大小時，例如可分辨照射到的光能量為100%或50%等，在檢光器20具有相同數量的感測元件21下，可解析出更高倍數的位置精度。如此，可將檢光器20的感測元件21的數量由1024條縮減到512條，甚至到256條，仍同樣能提供10位元的訊號解析度。

於本實施例中，第一及第二光學透鏡組50及60的第一透鏡51及第一透鏡61皆為凸透鏡，且其第二透鏡53及第二透鏡63皆為凹透鏡，但本發明不以此為限。於其他實施例中，第一透鏡及第二透鏡可依實際需求而分別設計為凹透鏡或凸透鏡。此外，於本實施例中，第一光學透鏡組50及第二光學透鏡組60各包含的透鏡的數量為二之特徵非用以限定本發明。於其他實施例中，光學編碼器的二光學透鏡組可依實際需求包含一個或三個以上的透鏡。

舉例來說，請參閱圖5，係為根據本發明之第二實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。本實施例與第一實施例類似，其差異在於本實施例光學編碼器1a的第一光學透鏡組50a及第二光學透鏡組60a分別為第一透鏡50a及第一透鏡60a。於本實施例中，第一光學透鏡組50a與光源模組10a保持一第一距離D1a，第一光學透鏡組50a與編碼盤40a保持一第二距離D2a，第二光學透鏡組60a與編碼盤40a保持第三距離D3a，且第二光學透鏡組60a與檢光器20a保持第四距離D4a。第一距離D1a等於第四距離D4a，第二距離D2a等於第三距離D3a，且第一距離D1a相異於第二距離D2a。如此，本實施例之第一距離D1a、第二距離D2a、第三距離D3a以及第四距離D4a符合對稱式光學投影原理的定義。

於本實施例中，第一及第二光學透鏡組50a及60a的第一透鏡50a及第一透鏡60a皆為凸透鏡，但本發明不以此為限。

請配合參照下表二，係為本實施例第一及第二光學透鏡組50a、60a於一示例中，各透鏡之光學參數列表。

此外，另參閱圖6，係為根據本發明之第三實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。本實施例與第一實施例類似，其差異在於本實施例光學編碼器1b的第一光學透鏡組50b包含第一透鏡55b、第二透鏡57b及第三透鏡59b依序自光源模組10b往編碼盤40b的方向排列，且第二光學透鏡組60b包含第一透鏡65b、第二透鏡67b及第三透鏡69b依序自檢光器20b往編碼盤40b的方向排列。於本實施例中，第一光學透鏡組50b與光源模組10b保持第一距離D1b，第一光學透鏡組50b與編碼盤40b保持第二距離D2b，第二光學透鏡組60b與編碼盤40b保持第三距離D3b，且第二光學透鏡組60b與檢光器20b保持第四距離D4b。第一距離D1b等於第四距離D4b，第二距離D2b等於第三距離D3b，且第一距離D1b相異於第二距離D2b。如此，本實施例之第一距離D1b、第二距離D2b、第三距離D3b以及第四距離D4b符合對稱式光學投影原理的定義。

請配合參照下表三，係為本實施例之第一及第二光學透鏡組50b、60b於一示例中，各透鏡之光學參數列表。

於本實施例中，光學透鏡組的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡分別依序為凸透鏡、凹透鏡及凸透鏡，但本發明不以此為限。於其他實施例中，第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡可依實際需求而各別設計為凹透鏡或凸透鏡。

上述各實施例分別舉例了包含不同透鏡數的光學透鏡組。其中，當各光學透鏡組的透鏡數為一片時(如第二實施例所述)，編碼盤上的光柵寬度(即透光區寬度)需求為8微米。當各光學透鏡組的透鏡數為兩片時(如第一實施例所述)，編碼盤上的光柵寬度需求可達6微米。更佳地，當各光學透鏡組的透鏡數為三片時(如第三實施例所述)，編碼盤上的光柵寬度需求可小於6微米。藉此，可大幅提升檢光器接收到的光強度，以確保編碼器的編碼精度符合需求。

請參閱圖7，係為根據本發明之第四實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。

本實施例之光學編碼器1c包含光源模組10c、編碼盤40c、檢光器20c、感測電路30c、光學透鏡組70c、反射式偏光元件90c以及偏振分光鏡(Polarized beam splitter, PBS)80c。

光源模組10c用以發出為長條形光場的光束Lc。編碼盤40c位於光束Lc路徑上。檢光器20c用以接收經過編碼盤40c之光束Lc。感測電路30c連接檢光器20c，用以解析檢光器20c所傳出之訊號。

光學透鏡組70c位於光源模組10c與編碼盤40c之間。光學透鏡組70c包含第一透鏡71c以及第二透鏡73c，且第二透鏡73c較第一透鏡71c靠近編碼盤40c。光學透鏡組70c與光源模組10c保持第一距離D1c，且光學透鏡組70c與編碼盤40c保持第二距離D2c。

反射式偏光元件90c位編碼盤40c遠離光學透鏡組70c的一側，用以反射經過編碼盤40c之光束Lc。於本實施例中，反射式偏光元件90c可例如為反射式單晶矽液晶(LCOS)元件，但不以此為限。

偏振分光鏡80c位於光源模組10c與光學透鏡組70c之間。於本實施例中，檢光器20c係位於光源模組10c與光學透鏡組70c之間，且位於偏振分光鏡80c的一側，但不以此為限。偏振分光鏡80c與光學透鏡組70c保持第五距離D5c，且偏振分光鏡80c與檢光器20c保持第六距離D6c。其中，第五距離D5c與第六距離D6c長度的總合等於第一距離D1c。

於本實施例中，第一距離D1c相異於第二距離D2c。如此，第一距離D1c、第二距離D2c、第五距離D5c以及第六距離D6c符合對稱式光學投影原理的定義，以令光學透鏡組70c將來自光源模組10c並穿透偏振分光鏡80c後的光束Lc聚焦至編碼盤40c，並將由反射式偏光元件90c反射回之光束Lc聚焦至偏振分光鏡80c，再透過偏振分光鏡80c將光束Lc反射至檢光器20c。

其中，本實施例之偏振分光鏡80c可讓一特定偏振方向的光線通過，而將偏振方向垂直於所述特定偏振方向的光線反射。另外，本實施例之反射式偏光元件90c係可反射光線並改變光線的偏振方向，亦即使反射光的偏振方向例如垂直於入射光的偏振方向。藉此，偏振分光鏡80c可讓來自光源模組10c的光束Lc通過，而可反射經由反射式偏光元件90c改變偏振方向的光束Lc。

上述光學透鏡組70c與光源模組10c、編碼盤40c及偏振分光鏡80c間，以及偏振分光鏡80c與檢光器20c間距離(亦即第一距離D1c、第二距離D2c、第五距離D5c及第六距離D6c)之關係並非用以限定本發明。於其他實施例中，第五距離與第六距離長度的總合等於第一距離，第一距離等於第二距離，且符合對稱式光學投影原理的定義。

本實施例之編碼盤40c與第一實施例之編碼盤40類似，具有多個透光區以及多個不透光區，以讓照射於編碼盤40c上部分的光束Lc穿過透光區到達反射式偏光元件90c，透過反射式偏光元件90c將光束Lc反射回光學透鏡組70c，並再次藉由光學透鏡組70c將發散的光束Lc聚焦至偏振分光鏡80c上，進而透過偏振分光鏡80c將光束Lc反射至檢光器20c。藉此，可減少透鏡的使用，進而降低生產成本；此外，透過光路路徑的部分重疊，可減少光學編碼器的整體體積。

於本實施例中，光學透鏡組70c的第一透鏡71c及第二透鏡73c分別為凸透鏡及凹透鏡，但本發明不以此為限。於其他實施例中，第一透鏡及第二透鏡可依實際需求而各別設計為凹透鏡或凸透鏡。

此外，於本實施例中，光學透鏡組70c包含的透鏡的數量為二之特徵非用以限定本發明。於其他實施例中，光學編碼器的二光學透鏡組可依實際需求包含一個或三個以上的透鏡。

根據上述實施例之光學編碼器，藉由光學透鏡組匯聚光束的功能，使光束聚焦於編碼盤上以經過寬度僅6~10微米的透光區，並將經過編碼盤而發散的光線聚焦至檢光器，透過對稱式光學投影原理，其透鏡設計特定的成像收光位置，使編碼後的光束能以較大的寬度間距照射於檢光器。如此，於檢光器上的感測元件可有較寬鬆的排列設置，使其與編碼盤的對位精度需求降低。藉此，可突破傳統編碼器對於高精度位置編碼之解析障礙，同時亦可降低對位精度。此外，藉由聚光的方式將光束聚焦於編碼盤上，使照射於檢光器上的光束具有較大的能量，藉此可使照射於檢光器的編碼訊號更加清晰，進而具有更佳的訊號雜訊比。

此外，光源模組所採用的微型發光二極體可搭配線寬2微米以上之光罩製程製作的光學編碼盤，相較於雷射二極管及其需搭配之高精度光罩，微型發光二極體及用以製作與其搭配之光學編碼盤的光罩生產成本較低。此外，微型發光二極體之使用壽命一般較雷射二極管長。因此，相較於雷射二極管，本案採用的微型發光二極體具有高量產性及高耐用性之特色。

再者，透過編碼圖案為平行四邊形的細分割式編碼，隨著編碼盤的移動而使不同數量的感測元件感應到光束，而可解析出不同位置，達到較佳的解析精度。此外，細分割式編碼還可搭配解析相鄰感測元件感應到光束的能量差，可同時解析出倍數的位置精度，亦可降低感測元件的使用數。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1、1a、1b、1c‧‧‧光學編碼器

10、10a、10b、10c‧‧‧光源模組

20、20a、20b、20c‧‧‧檢光器

21‧‧‧感測元件

30、30c‧‧‧感測電路

40、40a、40b、40c‧‧‧編碼盤

41‧‧‧透光區

43、43c‧‧‧不透光區

45c‧‧‧反光區

50、50a、50b‧‧‧第一光學透鏡組

51、50a‧‧‧第一透鏡

53‧‧‧第二透鏡

55b‧‧‧第一透鏡

57b‧‧‧第二透鏡

59b‧‧‧第三透鏡

60、60a、60b‧‧‧第二光學透鏡組

61、60a‧‧‧第一透鏡

63‧‧‧第二透鏡

65b‧‧‧第一透鏡

67b‧‧‧第二透鏡

69b‧‧‧第三透鏡

70c‧‧‧光學透鏡組

71c‧‧‧第一透鏡

73c‧‧‧第二透鏡

80c‧‧‧偏振分光鏡

90c‧‧‧反射式偏光元件

L、Lc‧‧‧光束

W‧‧‧寬度

D1、D1a、D1b、D1c‧‧‧第一距離

D2、D2a、D2b、D2c‧‧‧第二距離

D3、D3a、D3b‧‧‧第三距離

D4、D4a、D4b‧‧‧第四距離

D5c‧‧‧第五距離

D6c‧‧‧第六距離

圖1為根據本發明之第一實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。圖2為圖1之編碼盤的局部正視示意圖。圖3為圖1之檢光器及編碼盤上的絕對式編碼圖案的局部放大示意圖。圖4A~圖4C為圖1之檢光器及編碼盤上的細分割式編碼圖案的局部放大和作動示意圖。圖5為根據本發明之第二實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。圖6為根據本發明之第三實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。圖7為根據本發明之第四實施例所述之光學編碼器的側視示意圖。

Claims

一種光學編碼器，包含：一光源模組，用以發出一光束；一檢光器，用以接收該光束；一編碼盤，介於該光源模組與該檢光器之間；一第一光學透鏡組，位於該光源模組與該編碼盤之間，該第一光學透鏡組與該光源模組保持一第一距離，該第一光學透鏡組與該編碼盤保持一第二距離；以及一第二光學透鏡組，位於該編碼盤與該檢光器之間，該第二光學透鏡組與該編碼盤保持一第三距離，該第二光學透鏡組與該檢光器保持一第四距離；其中，該第一距離、該第二距離、該第三距離以及該第四距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令該第一光學透鏡組將來自該光源模組的該光束聚焦至該編碼盤，並令該第二光學透鏡組將穿透該編碼盤之該光束聚焦至該檢光器。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該第一距離等於該第四距離，該第二距離等於該第三距離，且該第一距離相異於該第二距離。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該第一距離、該第二距離、該第三距離以及該第四距離皆相等。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該第一距離等於該第二距離，該第三距離等於該第四距離，且該第一距離相異於該第三距離。
如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述之光學編碼器，其中該第一光學透鏡組以及該第二光學透鏡組各包含一第一透鏡。
如申請專利範圍第5項所述之光學編碼器，其中該第一光學透鏡組以及該第二光學透鏡組各更包含一第二透鏡，該第一光學透鏡組的該第二透鏡較該第一光學透鏡組的該第一透鏡靠近該編碼盤，且該第二光學透鏡組的該第二透鏡較該第二光學透鏡組的該第一透鏡靠近該編碼盤。
如申請專利範圍第6項所述之光學編碼器，其中該第一光學透鏡組以及該第二光學透鏡組各更包含一第三透鏡，該第一光學透鏡組的該第三透鏡較該第一光學透鏡組的該第二透鏡靠近該編碼盤，且該第二光學透鏡組的該第三透鏡較該第二光學透鏡組的該第二透鏡靠近該編碼盤。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該編碼盤包含多個透光區以及多個不透光區，該些透光區及該些不透光區形狀皆實質上為一四邊形。
如申請專利範圍第8項所述之光學編碼器，其中該四邊形為一矩形。
如申請專利範圍第8項所述之光學編碼器，其中該些透光區及該些不透光區彼此交錯排列，且該四邊形為一平行四邊形。
如申請專利範圍第8項所述之光學編碼器，其中該些透光區的寬度為6~10微米。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器其中該光源模組為一發光二極體(LED)或一微型發光二極體陣列(Micro LED array)。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該檢光器由至少一感測陣列模組或多個感測元件所組成。
如申請專利範圍第13項所述之光學編碼器，其中該至少一感測陣列模組及該些感測元件為一感光二極體(Photodiode, PD)或一雪崩型感光二極體(Avalanche Photodiode, APD)。
如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，更包含一感測電路，該感測電路連接該檢光器以解析該檢光器傳出之訊號。
一種光學編碼器，包含：一光源模組，用以發出一光束；一編碼盤，位於該光束路徑上；一檢光器，用以接收經過該編碼盤之該光束；一光學透鏡組，位於該光源模組與該編碼盤之間，該光學透鏡組與該光源模組保持一第一距離，該光學透鏡組與該編碼盤保持一第二距離；一反射式偏光元件，位於該編碼盤遠離該光學透鏡組的一側，用以反射經過該編碼盤之該光束；以及一偏振分光鏡，位於該光源模組與該光學透鏡組之間，該偏振分光鏡與該光學透鏡組保持一第五距離，該偏振分光鏡與該檢光器保持一第六距離；其中，該第五距離與該第六距離長度的總合等於該第一距離，且該第一距離、該第二距離、該第五距離與該第六距離符合對稱式光學投影原理的定義，以令該光學透鏡組將來自該光源模組並穿透該偏振分光鏡後的該光束聚焦至該編碼盤，並將由該反射式偏光元件反射回之該光束聚焦至該偏振分光鏡，再透過該偏振分光鏡將該光束反射至該檢光器。
如申請專利範圍第16項所述之光學編碼器，其中該第一距離相異於該第二距離。
如申請專利範圍第16項所述之光學編碼器，其中該第一距離等於該第二距離。
如申請專利範圍第17項或第18項所述之光學編碼器，其中該光學透鏡組包含一第一透鏡以及一第二透鏡，且該第二透鏡較該第一透鏡靠近該編碼盤。
如申請專利範圍第16項所述之光學編碼器，其中該編碼盤包含多個透光區以及多個不透光區，該些透光區及該些不透光區彼此交錯排列且形狀皆實質上為一平行四邊形。
如申請專利範圍第16項所述之光學編碼器，其中該反射式偏光元件為一反射式單晶矽液晶元件。