專利名稱：光學(xué)編碼盤以及相應(yīng)的光學(xué)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)編碼盤以及采用該光學(xué)編碼盤的光學(xué)編碼器。
背景技術(shù)：
馬達(dá)(Motor)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)制造設(shè)備上，其將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng) 機(jī)器(Machine)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)等，適用于半導(dǎo)體制造設(shè)備(Semiconductor Manufacturing Equipment)、工業(yè)機(jī)器人(Industrial Robot)、工具業(yè)(Machine Tool)、組 裝設(shè)備(Assembling Machine)等工業(yè)控制領(lǐng)域。
馬達(dá)在運(yùn)動(dòng)過程中， 一般需要利用光學(xué)編碼器(Optical Encoder)作為馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的位置 信息反饋元件，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造設(shè)備中對驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的控制。具體請參閱Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Volume 2上發(fā)表的An innovative method to increase the resolution of optical encoders in motion servo systems。 一般的光學(xué)編碼器包括一個(gè)光學(xué)編碼盤(Optical Encoder Disk)、 一個(gè)光電光源 (photoelectric light source)禾口^^個(gè)光電檢測器(photoelectric detector)。
所述光學(xué)編碼盤通常由光學(xué)玻璃制作而成，其具有多個(gè)碼道，所述多個(gè)碼道為同心圓環(huán) ，不同碼道上濺鍍不同的光學(xué)調(diào)制圖案，使得不同角位置所對應(yīng)的多個(gè)碼道的光學(xué)調(diào)制圖案 組合不同，從而實(shí)現(xiàn)對不同角位置進(jìn)行光學(xué)編碼。
一般，光學(xué)編碼盤與馬達(dá)同軸設(shè)置且隨馬達(dá)一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)光學(xué)編碼盤隨著馬達(dá)運(yùn)動(dòng) 至某一個(gè)角位置時(shí)，通過上述工作原理，光電檢測器可以獲得馬達(dá)此時(shí)的角位置編碼信息。
目前大部分光學(xué)編碼器用的光學(xué)編碼盤，基本上采用蒸鍍等鍍膜技術(shù)在玻璃板上制作出 不透光部分與透光部分組合的光學(xué)調(diào)制圖案，鍍膜的部分為不透光部分，未鍍膜的部分為透 光部分。而通過鍍膜技術(shù)制作的光學(xué)編碼盤的制作成本較高。
有鑒于此，有必要提供一種具有低制作成本的光學(xué)編碼盤及相應(yīng)的光學(xué)編碼器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光學(xué)編碼器用的光學(xué)編碼盤，其包括若干個(gè)碼道，所述若干個(gè)碼道為同 心圓環(huán)，每個(gè)碼道具有若干個(gè)沿圓周方向周期性設(shè)置的編碼單元，每個(gè)編碼單元具有一個(gè)聚 光部分和一個(gè)散光部分。所述若干個(gè)碼道上周期性設(shè)置編碼單元的角周期不同。
本發(fā)明還提供一種采用所述光學(xué)編碼盤的光學(xué)編碼器，其還具有一個(gè)光源和一個(gè)光電檢
4測器，所述光學(xué)編碼盤設(shè)置于光源與光電檢測器之間，所述光電檢測器具有若干個(gè)光電元件 ，所述若干個(gè)光電元件分別對應(yīng)與所述光學(xué)編碼盤的若干個(gè)碼道設(shè)置，以接收由該若干個(gè)碼 道過來的光并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電平信號(hào)值。
本發(fā)明提供的光學(xué)編碼盤，其可以通過注塑成模的方法制作所述具有周期性交替的聚光 部分和散光部分的光學(xué)編碼盤，其制作成本低，且由于聚光部分和散光部分可以形成相對的 亮區(qū)和暗區(qū)，使得所述光學(xué)編碼器的光電檢測器可以區(qū)分出該亮區(qū)與暗區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)編 碼。


圖l是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的光學(xué)編碼盤的示意圖。
圖2是光學(xué)編碼盤的一個(gè)碼道沿圓周的展開示意圖。
圖3是采用圖1光學(xué)編碼盤的光學(xué)編碼器的示意圖。
圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的光學(xué)編碼盤的一個(gè)碼道沿圓周的展開示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參閱圖l，為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種光學(xué)編碼盤20的示意圖。 所述光學(xué)編碼盤20具有若干個(gè)碼道21，所述若干個(gè)碼道21為同心的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。 每個(gè)碼道21具有若干個(gè)沿圓周方向周期性設(shè)置的編碼單元210，每個(gè)編碼單元210包括一 個(gè)聚光部分212和一個(gè)散光部分214。
相鄰兩個(gè)碼道21，其中遠(yuǎn)離圓心的碼道21上周期性設(shè)置的編碼單元210所對應(yīng)的角周期
為e T1，靠近圓心的碼道21上周期性設(shè)置的編碼單元210所對應(yīng)的角周期為e T2， e Tdn e 12的 關(guān)系為eT2=2*eT1。
請一并參閱圖2，為圖1的光學(xué)編碼盤20的一個(gè)碼道21沿圓周方向展開的示意圖。所述碼 道21的聚光部分214具有一第一聚光表面214a及一與其相對的第二聚光表面214b，第一聚光 表面214a及第二聚光表面214b為凸面，光線經(jīng)過所述聚光部分214，其形成一個(gè)亮區(qū)。所述 碼道21的散光部分212具有一第一發(fā)散光表面212a及一與其相對的第二發(fā)散光表面212b，第 一發(fā)散光表面212a及第二發(fā)散光表面212b分別為一凹面，光線經(jīng)過所述散光部分212，其形 成一個(gè)暗區(qū)。
因此，當(dāng)所述光學(xué)編碼盤20具有N個(gè)碼道時(shí)，其可以獲得2W個(gè)角位置編碼值，即光學(xué)編 碼盤20可以區(qū)分出2W個(gè)角位置，因此，可以理解，所述N越大，所述光學(xué)編碼盤20的分辨率 也高，其用作角位置回饋的精度也越高。第一聚光表面214a及第一發(fā)散光表面212a周期性交替相連形成該碼道21的一第一表面， 第二聚光表面214b及第二發(fā)散光表面212b周期性交替相連形成該碼道21的第二表面。
所述光學(xué)編碼盤20由光學(xué)玻璃或者透明樹脂材料制成，其可以由注塑成型的方法制成， 提供一對分別具有與所述若干碼道21的第一表面和第二表面匹配的成型曲面的模仁，模仁的 制作由現(xiàn)有技術(shù)可以得到。
請參閱圖3，為采用所述光學(xué)編碼盤20的編碼器220的示意圖。所述編碼器220還具有一 個(gè)光源22和光電檢測器24，所述光電檢測器24具有若干光電元件242，所述若干光電元件 242成線型排列，分別對應(yīng)所述若干碼道21設(shè)置。
優(yōu)選地，所述編碼器220還具有兩個(gè)保護(hù)層25，其設(shè)置在該光學(xué)編碼盤21兩側(cè)，并與之 貼合以保護(hù)該光學(xué)編碼盤21避免劃痕。
優(yōu)選地，所述光電元件242為一個(gè)光電二極管。
優(yōu)選地，所述光源21采用一個(gè)發(fā)光二極管和與其光學(xué)耦合的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)將 發(fā)光二極管發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成一平行光。
當(dāng)所述光學(xué)編碼器220用于伺服馬達(dá)上，所述光源22與光電檢測器24固定不動(dòng)，光學(xué)編 碼盤20隨馬達(dá)一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)光學(xué)編碼盤20運(yùn)動(dòng)至一角位置時(shí)，所述若干光電元件242分別接 受由若干碼道21過來的光，并轉(zhuǎn)換成其對應(yīng)的電平值。因此，所述若干光電元件242轉(zhuǎn)換而 來的若干個(gè)電平值組合而成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即為該碼盤220位于此時(shí)角位置時(shí)的位置編碼值
優(yōu)選地，所述光電檢測器24預(yù)先設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)光強(qiáng)度，所述基準(zhǔn)光強(qiáng)度為光源22發(fā)出的 均勻光的強(qiáng)度。所述光源22發(fā)出的均勻強(qiáng)度的光照射所述光學(xué)編碼盤20，經(jīng)過聚光部分212 的光的強(qiáng)度高于基準(zhǔn)強(qiáng)度，則對應(yīng)光接收元件的輸出信號(hào)為"1"，經(jīng)過發(fā)散光214的光的強(qiáng) 度低于基準(zhǔn)強(qiáng)度，則對應(yīng)光接收元件的輸出信號(hào)為"0"。
本發(fā)明第一實(shí)施例提供的光學(xué)編碼盤20，其可以直接由注塑成模制成若干碼道上的聚光 部分和散光部分，代替現(xiàn)有技術(shù)中光刻及蒸鍍技術(shù)制作出透光部分和不透光部分，其制作成 本低。本發(fā)明實(shí)施例提供的采用該光學(xué)編碼盤20的光學(xué)編碼器220，采用具有均勻發(fā)光強(qiáng)度 的光源22，并在光電檢測器24中設(shè)定該均勻光強(qiáng)度為基準(zhǔn)光強(qiáng)度，可以理解，由聚光部分 214過來的光強(qiáng)度高于基準(zhǔn)光強(qiáng)度，由散光部分212過來的光強(qiáng)度低于基準(zhǔn)光強(qiáng)度，因此該光 學(xué)編碼器220具有實(shí)用效果。
請參閱圖4，為本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)編碼盤30的一個(gè)碼道31沿圓周展開示意圖，其 聚光部分314的一第一表面314a為一聚光的凸面，第二表面314b為一平面。其散光部分312的第一表面312a為平面，與所述第一表面312a相對的第二表面312b為一 發(fā)散光的凹面?？梢岳斫獾氖?，聚光部分314及散光部分312的表面形狀不限，只要分別能夠 達(dá)到聚光作用和發(fā)散光作用，使得能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)編碼?？梢岳斫猓景l(fā)明的第二實(shí)施例為第一實(shí)施例的變形實(shí)施方式，同樣可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)編碼可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它 各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)編碼盤，其具有若干個(gè)碼道，所述若干碼道為同心圓環(huán)，每個(gè)碼道具有若干個(gè)沿圓周方向周期性設(shè)置的編碼單元，每個(gè)編碼單元具有一聚光部分，均勻強(qiáng)度的光經(jīng)過所述聚光部分形成一亮區(qū)；一散光部分，均勻強(qiáng)度的光經(jīng)過所述散光部分形成一暗區(qū)。
2.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)編碼盤，其特征在于，所述光學(xué)編碼盤 由光學(xué)玻璃或者光學(xué)樹脂材料制成。
3.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)編碼盤，其特征在于，所述聚光部分包 括一第一聚光表面和一與該第一聚光表面相對的第二聚光表面，所述第一聚光表面和第二聚 光表面分別為一凸面；所述散光部分包括一第一散光表面和一與該第一散光表面相對的第二 散光表面，所述第一散光表面和第二散光表面分別為一凹面。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)編碼盤，其特征在于，所述第一散光表 面與所述第一聚光表面交替相連形成一波形表面；所述第二散光表面與第二聚光表面交替相 連形成一波形表面。
5.如權(quán)利要求如權(quán)利要求l所述的光學(xué)編碼盤，其特征在于，所述 聚光部分包括一凸面和一與該凸面相對的平面；所述散光部分包括一凹面和一與該凹面相對 的平面，每個(gè)碼道的聚光部分和散光部分交替設(shè)置。
6. 一種光學(xué)編碼器，其包括一個(gè)光學(xué)編碼盤，其具有若干個(gè)碼道，每個(gè)碼道具有若干個(gè)周期性設(shè)置的編碼單元， 每個(gè)編碼單元具有一個(gè)聚光部分和一個(gè)散光部分；一個(gè)光源，用以發(fā)出 一均勻強(qiáng)度的平行光照射所述若干個(gè)碼道；一個(gè)光電檢測器，其設(shè)置于所述光學(xué)編碼盤一側(cè)，所述光電檢測器具有若干個(gè)光電元 件，所述若干個(gè)光電元件分別對應(yīng)于光學(xué)編碼盤的若干個(gè)碼道設(shè)置，以分別接收由對應(yīng)碼道 過來的光并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電平信號(hào)值。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)編碼器，其特征在于，所述光學(xué)編碼器還包括兩個(gè)保護(hù)層，所述兩個(gè)保護(hù)層將所述光學(xué)編碼盤固定于其二者之間。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)編碼器，其特征在于，所述光電檢測器預(yù)先設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)光強(qiáng)度，所述基準(zhǔn)光強(qiáng)度為所述平行光的強(qiáng)度。
9.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)編碼器，其特征在于，所述光源為發(fā)光二極管，所述光電元件為光電二極管。
10.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)編碼器，其特征在于，所述光學(xué)編碼盤的每個(gè)碼道上的聚光部分和散光部分交替設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用作光學(xué)編碼器的光學(xué)編碼盤，其具有若干個(gè)碼道，每個(gè)所述碼道具有若干周期性設(shè)置的編碼單元，每個(gè)編碼單元具有一個(gè)聚光部分和一個(gè)散光部分，所述光學(xué)編碼盤由光學(xué)材料制成。本發(fā)明還提供一種采用所述光學(xué)編碼盤的光學(xué)編碼器，其提供一個(gè)光源和一個(gè)光電檢測器，所述光電檢測器具有若干光電元件，所述若干光電元件呈線型排列，其分別對應(yīng)于所述若干個(gè)碼道設(shè)置，分別用以接收由對應(yīng)碼道過來的光并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電平信號(hào)值，若干個(gè)對應(yīng)的電平信號(hào)值組合實(shí)現(xiàn)對所述碼盤所處角位置進(jìn)行編碼。
文檔編號(hào)G02B1/00GK101514909SQ20081030038
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者張仁淙 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司