本發(fā)明涉及工業(yè)控制和自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定光柵和光電編碼器。

背景技術(shù)：

光電編碼器是一種集光學(xué)、機(jī)械、電氣于一體的測角設(shè)備，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)和信號處理電路將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實現(xiàn)對角位移、速度和位置等多種物理量的直接或間接測量。

在絕對式光電編碼器中，通過動光柵的絕對編碼可實現(xiàn)一圈中每一個設(shè)定角度的編碼都是唯一的。為了使光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求，需要通過電子細(xì)分的方式對采集到的信號進(jìn)行處理，而電子細(xì)分中需要用到的源信號是電子細(xì)分的基石。其中，源信號的產(chǎn)生取決于定光柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

目前的技術(shù)中，定光柵的每個增量碼道的設(shè)計采用長方形的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的源信號為三角波形式，不利于高精度的細(xì)分，從而難以使光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種定光柵和光電編碼器，能夠有利于對源信號進(jìn)行高精度的細(xì)分，從而有利于光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種定光柵，應(yīng)用于光電編碼器，所述光電編碼器包括所述定光柵和動光柵，所述動光柵包括第一增量碼道，所述定光柵包括：

設(shè)置在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第二增量碼道；所述預(yù)設(shè)區(qū)域?qū)?yīng)于所述第一增量碼道，與所述第一增量碼道的寬度相等，所述第二增量碼道是在寬度方向按照預(yù)設(shè)數(shù)目層均分的階梯形碼道；

所述階梯形碼道的左右間距等于所述第一增量碼道的長度，同一個所述階梯形碼道中任意兩個相鄰層在左右方向的偏移量為預(yù)設(shè)偏移量，每一層的長度為所述預(yù)設(shè)數(shù)目加1之后與所述預(yù)設(shè)偏移量的積；所述預(yù)設(shè)偏移量等于所述第一增量碼道的長度除以2倍的所述預(yù)設(shè)數(shù)目得到的商。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括一個或者至少兩個所述第二增量碼道。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括兩個所述第二增量碼道，在水平方向包括至少兩個所述第二增量碼道；

所述第二增量碼道分布在由所述預(yù)設(shè)區(qū)域的長邊的中垂線和所述預(yù)設(shè)區(qū)域的寬邊的中垂線相交叉分割形成的4個子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)；

互成對角的兩個子預(yù)設(shè)區(qū)域中，一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道與另一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為(2n+1)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

優(yōu)選的，垂直方向相鄰的兩個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域中，一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道與另一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為(n+0.5)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

優(yōu)選的，每一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)任意相鄰的兩個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為2n倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為正整數(shù)。

優(yōu)選的，所述第二增量碼道是在寬度方向按照至少2層均分的階梯形碼道。

優(yōu)選的，所述定光柵還包括：

與所述動光柵的第一絕對碼道相對應(yīng)的第二絕對碼道。

一種光電編碼器，包括：

動光柵和上述任一項所述的定光柵。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種定光柵和光電編碼器。本發(fā)明提供的定光柵，應(yīng)用于包括動光柵的光電編碼器，所述動光柵包括第一增量碼道，所述定光柵包括設(shè)置在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第二增量碼道，所述預(yù)設(shè)區(qū)域?qū)?yīng)于所述第一增量碼道，與所述第一增量碼道的寬度相等，所述第二增量碼道是在寬度方向按照預(yù)設(shè)數(shù)目層均分的階梯形碼道，其中，所述階梯形碼道的左右間距等于所述第一增量碼道的長度，同一個所述階梯形碼道中任意兩個相鄰層在左右方向的偏移量為預(yù)設(shè)偏移量，每一層的長度為所述預(yù)設(shè)數(shù)目加1之后與所述預(yù)設(shè)偏移量的積；所述預(yù)設(shè)偏移量等于所述第一增量碼道的長度除以2倍的所述預(yù)設(shè)數(shù)目得到的商。由于本發(fā)明提供的定光柵中第二增量碼道的結(jié)構(gòu)為階梯形結(jié)構(gòu)，且每一層的長度相等，從而動光柵在旋轉(zhuǎn)過程中，光信號透過定光柵中所述第二增量碼道能夠?qū)崿F(xiàn)先逐漸遞增再逐漸遞減的近似正弦信號形式的光量的輸出，而現(xiàn)有技術(shù)中由于定光柵的增量碼道采用長方形結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)的為三角波形式的光量的輸出，由于正弦信號明顯比三角波信號更有利于高精度的細(xì)分，因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，能夠有利于光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的光電編碼器的動光柵的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的光電編碼器的動光柵的部分結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種動光柵中的增量碼道的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種定光柵的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種定光柵中的增量碼道結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的透過圖5示出的增量碼道的光量變化圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實施例

請參閱圖1～圖5，圖1為本發(fā)明實施例提供的光電編碼器的動光柵的結(jié)構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明實施例提供的光電編碼器的動光柵的部分結(jié)構(gòu)圖，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種動光柵中的增量碼道的結(jié)構(gòu)圖，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種定光柵的結(jié)構(gòu)圖，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種定光柵中的增量碼道結(jié)構(gòu)圖。

請參閱圖1～圖5所示，本發(fā)明提供的定光柵，應(yīng)用于光電編碼器，所述光電編碼器包括所述定光柵和動光柵，所述動光柵包括第一增量碼道A(即所述動光柵中的增量碼道)，如圖1～圖5所示，該定光柵，包括：

設(shè)置在預(yù)設(shè)區(qū)域Area內(nèi)的第二增量碼道B(即所述定光柵中的增量碼道)；

所述預(yù)設(shè)區(qū)域Area對應(yīng)于所述第一增量碼道A，其寬度h1與所述第一增量碼道A的寬度h2相等；

具體的，對應(yīng)于附圖3和附圖4，上下兩邊之間的距離為所述寬度。

所述第二增量碼道B是在寬度方向按照預(yù)設(shè)數(shù)目層均分的階梯形碼道；

所述階梯形碼道的左右間距等于所述第一增量碼道A的長度a，同一個所述階梯形碼道中任意兩個相鄰層在左右方向的偏移量為預(yù)設(shè)偏移量，每一層的長度b為所述預(yù)設(shè)數(shù)目加1之后與所述預(yù)設(shè)偏移量的積；

也就是說，每一層的長度b是相等的。

具體的，所述預(yù)設(shè)偏移量等于所述第一增量碼道A的長度除以2倍的所述預(yù)設(shè)數(shù)目得到的商。

具體的，所述階梯形碼道的左右間距是指所述階梯形碼道最左側(cè)的豎線與最右側(cè)的豎線之間的橫向距離。

可選的，所述第二增量碼道是在寬度方向按照至少2層均分的階梯形碼道。

請參閱圖6，圖6為本發(fā)明實施例提供的透過圖5示出的增量碼道的光量變化圖。如圖6所示，橫軸表示所述動光柵旋轉(zhuǎn)的角度，縱軸表示光量；其中，所述動光柵旋轉(zhuǎn)的1個單位角度等于360°/(2t×y)，y等于2倍的所述預(yù)設(shè)數(shù)目；1個單位的光量是指所述動光柵旋轉(zhuǎn)1個單位角度所遞增或者遞減的光量，具體的，所述動光柵旋轉(zhuǎn)1個單位角度便是轉(zhuǎn)過所述預(yù)設(shè)偏移量的距離。由圖6可以確定，一個圖5示出的所述第二增量碼道在所述動光柵旋轉(zhuǎn)過程中，光量的變化為20～0～20～0個單位光量，且近似正弦信號。

由于本發(fā)明實施例提供的定光柵中第二增量碼道的結(jié)構(gòu)為階梯形結(jié)構(gòu)，且每一層的長度相等，從而動光柵在旋轉(zhuǎn)過程中，光信號透過定光柵中所述第二增量碼道能夠?qū)崿F(xiàn)先逐漸遞增再逐漸遞減的近似正弦信號形式的光量的輸出，而現(xiàn)有技術(shù)中由于定光柵的增量碼道采用長方形結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)的為三角波形式的光量的輸出，由于正弦信號明顯比三角波信號更有利于高精度的細(xì)分，因此，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，能夠有利于光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求。

可選的，本發(fā)明實施例提供的定光柵，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括一個或者至少兩個所述第二增量碼道B。

可選的，本發(fā)明另一實施例提供的定光柵，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括兩個所述第二增量碼道B，在水平方向包括至少兩個所述第二增量碼道B；

所述第二增量碼道B分布在由所述預(yù)設(shè)區(qū)域的長邊的中垂線和所述預(yù)設(shè)區(qū)域的寬邊的中垂線相交叉分割形成的4個子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)；

互成對角的兩個子預(yù)設(shè)區(qū)域中，一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道B與另一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道B之間水平方向的距離為(2n+1)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

具體的，如此設(shè)置的目的是使互成對角的兩個子預(yù)設(shè)區(qū)域中，一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的所述第二增量碼道B與另一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的所述第二增量碼道B在動光柵轉(zhuǎn)動時，透過這兩個不同子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)所述第二增量碼道B的光信號相差半個周期，以方便后續(xù)對這兩個所述第二增量碼道B的光信號進(jìn)行差分，消除干擾信號。

具體的，假設(shè)所述動光柵的一個所述第一增量碼道的對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度為α，則所述動光柵轉(zhuǎn)過2α便是所述第二增量碼道對應(yīng)的一個正弦信號周期，即轉(zhuǎn)過一個所述第一增量碼道和一個左相鄰或右相鄰的暗區(qū)，一個所述暗區(qū)的左右間距與一個所述第一增量碼道的左右間距相等。可以理解的是，假設(shè)動光柵的所述第一增量碼道的數(shù)量為t，那么動光柵旋轉(zhuǎn)360°/2t的角度便是所述第二增量碼道對應(yīng)的一個正弦信號周期。

可選的，如圖4所示，假設(shè)所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括兩個所述第二增量碼道B，水平方向(同一行)包括6個所述第二增量碼道B，可以假設(shè)所述4個子預(yù)設(shè)區(qū)域按照右上、左上、左下和右下的順序分為1區(qū)域、2區(qū)域、3區(qū)域和4區(qū)域；則互成對角的2區(qū)域和4區(qū)域中，2區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道與4區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為(2n+1)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

可選的，所述動光柵包括第一絕對碼道X，對應(yīng)的，本發(fā)明另一實施例提供的定光柵還包括：

與所述動光柵的第一絕對碼道相對應(yīng)的第二絕對碼道。

可選的，如圖4所示，所述定光柵共包括8個所述第二絕對碼道Y。

可選的，本發(fā)明另一實施例提供的定光柵，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括兩個所述第二增量碼道B，在水平方向包括至少兩個所述第二增量碼道B；

所述第二增量碼道B分布在由所述預(yù)設(shè)區(qū)域的長邊的中垂線和所述預(yù)設(shè)區(qū)域的寬邊的中垂線相交叉分割形成的4個子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)；

垂直方向相鄰的兩個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域中，一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道與另一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為(n+0.5)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

可選的，如圖4所示，2區(qū)域和3區(qū)域為垂直方向相鄰的兩個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域，2區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道與3區(qū)域內(nèi)的每一個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為(n+0.5)倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為自然數(shù)。

具體的，如此設(shè)置目的是透過2區(qū)域的所述第二增量碼道和3區(qū)域的所述第二增量碼道的光信號相差0.25個周期，即π/2，這樣，在對透過所述定光柵(的第二增量碼道)形成的正弦信號進(jìn)行細(xì)分時，能夠更加準(zhǔn)確的確定具體細(xì)分正弦值的位置。如圖6所示，若選擇C、D、E、F、G、H和I共7個點作為采樣點，利用內(nèi)插算法與絕對編碼進(jìn)行組合時，由于相同正弦值點(如D和F點)采用同一個編碼，此時，便無法區(qū)分這兩個相同正弦值的點，因此，引入正切值來更好的區(qū)分，而上述設(shè)置便可實現(xiàn)透過2區(qū)域的所述第二增量碼道和3區(qū)域的所述第二增量碼道的光信號相差π/2，方便計算任意時刻的正切值。即應(yīng)用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，可以通過內(nèi)插算法，將絕對編碼、正切值的編碼和正弦值的編碼結(jié)合，實現(xiàn)對源信號高精度的細(xì)分。

可以理解的是，由于所述定光柵與所述動光柵配合使用，所述動光柵在旋轉(zhuǎn)過程中會改變透過的光信號，因此，所述定光柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計與所述動光柵的結(jié)構(gòu)相匹配，所述動光柵的所述第一增量碼道A確定之后，依據(jù)所述動光柵的結(jié)構(gòu)，再按照本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，便可得到本發(fā)明提供的定光柵。

可選的，本發(fā)明另一實施例提供的定光柵，所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)在垂直方向包括兩個所述第二增量碼道B，在水平方向包括至少兩個所述第二增量碼道B；

所述第二增量碼道B分布在由所述預(yù)設(shè)區(qū)域的長邊的中垂線和所述預(yù)設(shè)區(qū)域的寬邊的中垂線相交叉分割形成的4個子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)；

每一個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)任意相鄰的兩個所述第二增量碼道之間水平方向的距離為2n倍的所述第一增量碼道的長度，其中，n為正整數(shù)。

具體的，上述設(shè)計目的是使同一所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的各個所述第二增量碼道B接收光信號時完全同步，即同步開始接收，同步無法接收，用于增強(qiáng)輸出光信號的強(qiáng)度。

可以理解的是，只要滿足上述條件，本發(fā)明并不限制每個所述子預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的所述第二增量碼道B的數(shù)量。

可選的，本發(fā)明另一實施例提供的定光柵，所述第二增量碼道是在寬度方向按照至少2層均分的階梯形碼道。

具體的，圖5示出的所述第二增量碼道是4層的階梯碼道，需要說明的是，本發(fā)明并不限制具體層數(shù)。

為了更加全面的闡述本發(fā)明提供的技術(shù)方案，本發(fā)明還公開一種光電編碼器。

本發(fā)明實施例提供的光電編碼器，包括：

動光柵和上述任意一個實施例所述的定光柵。

當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明實施例提供的光電編碼器還包括：

結(jié)構(gòu)體，LED，感光單元，以及與所述感光單元相連接的信號處理電路；

所述動光柵、所述定光柵、所述LED和所述感光單元設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)體上。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種定光柵和光電編碼器。本發(fā)明提供的定光柵，應(yīng)用于包括動光柵的光電編碼器，所述動光柵包括第一增量碼道，所述定光柵包括設(shè)置在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的第二增量碼道，所述預(yù)設(shè)區(qū)域?qū)?yīng)于所述第一增量碼道，與所述第一增量碼道的寬度相等，所述第二增量碼道是在寬度方向按照預(yù)設(shè)數(shù)目層均分的階梯形碼道，其中，所述階梯形碼道的左右間距等于所述第一增量碼道的長度，同一個所述階梯形碼道中任意兩個相鄰層在左右方向的偏移量為預(yù)設(shè)偏移量，每一層的長度為所述預(yù)設(shè)數(shù)目加1之后與所述預(yù)設(shè)偏移量的積；所述預(yù)設(shè)偏移量等于所述第一增量碼道的長度除以2倍的所述預(yù)設(shè)數(shù)目得到的商。由于本發(fā)明提供的定光柵中第二增量碼道的結(jié)構(gòu)為階梯形結(jié)構(gòu)，且每一層的長度相等，從而動光柵在旋轉(zhuǎn)過程中，光信號透過定光柵中所述第二增量碼道能夠?qū)崿F(xiàn)先逐漸遞增再逐漸遞減的近似正弦信號形式的光量的輸出，而現(xiàn)有技術(shù)中由于定光柵的增量碼道采用長方形結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)的為三角波形式的光量的輸出，由于正弦信號明顯比三角波信號更有利于高精度的細(xì)分，因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，能夠有利于光電編碼器同時滿足高分辨率及尺寸小的要求。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。